【硕士论文】直齿锥齿轮精密锻造工艺与模具设计方法研究.pdf

山东大学 硕士学位论文 直齿锥齿轮精密锻造工艺与模具设计方法研究 姓名：张艳娥 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：赵国群 20070415 山东大学硕士学位论文 摘要 用精锻工艺生产齿轮，不仅具有节材、节能、低成本、高效率等显著优势， 而且可以显著提高齿轮的耐磨损、抗腐蚀能力及根部的弯曲强度，明显改善齿轮 的疲劳性能。因此，使用精锻工艺生产齿轮已成为齿轮制造业的发展趋势直齿 锥齿轮由于其本身的结构特点，其精锻技术在生产中的应用最早目前，直齿锥 齿轮的精锻技术已经比较成熟，可以根据锥齿轮的模数大小和材质来选择合理的 精锻工艺 采用“一火两锻”工艺成形大模数直齿锥齿轮已得到广泛应用，该工艺总体 上来说比较成熟，但由于轮齿部分变形量大，成形过程中常常出现齿腔充不满和 成形载荷过大，齿模过早失效的问题。此外采用“一火两锻”工艺成形锥齿轮， 影响齿面精度的因素较多，造成齿形设计困难，齿面精度难于保证针对以上问 题，本文对行星齿轮和半轴齿轮的。一火两锻”工艺进行研究，设计了锻件、预 锻件和预制坯的形状与尺寸在预锻件设计时，对锥齿轮的轮齿设计进行改进， 将预锻件的轮齿设计为不等顶隙收缩齿，与锻件的双重收缩齿相比，增大了齿高。 齿形设计在精锻锥齿轮中占有很重要的地位。本文建立了渐开线齿形曲线参 数方程，锥齿轮的基本齿形参数一旦确定，利用u g 的曲线命令可以方便准确地 绘出锥齿轮渐开线齿形图。研究了锻件齿形、模具齿形和电极齿形问的关系，推 导出了它们基本齿形参数间的数学关系式，可以方便有效地实现锥齿轮精锻齿形 设计最后提出了非线性膨胀热锻件齿形设计新模型，给出了其齿形曲线方程。 预锻行星齿轮时，预制坯的高径比对改善轮齿的充填性能，提高齿模寿命具 有重要意义使用d e f o r m - 3 d 软件对不同高径比的预成形方案进行三维有限元 数值模拟，研究了行星齿轮预成形时的等效应变、等效应变速率、等效应力、速 度分布规律以及载荷一行程曲线，通过对比分析确定了最佳方案。终锻锥齿轮时， 预锻件形状是影响终锻齿形充填和成形载荷的一个重要因素。使用有限元软件 d e f o r m - 3 d 对行星齿轮和半轴齿轮的终锻成形过程进行三维有限元数值模拟，模 拟结果表明本文设计的预锻件形状，可有效地改善金属充填齿腔的顺序。金属首 先充满齿顶，然后由齿项到齿面，最后充填齿根，可以避免锻件齿顶充不满的情 况，在较低的成形载荷下得到齿形充填饱满的锻件。 i 摘要 根据工艺设计和数值模拟结果，设计了“一火两锻”成形锥齿轮的预锻、终 锻两套模具结构，该模具可以保证上下模导向准确，锻件脱模顺利讨论了齿模 设计和加工要点，简要介绍了模具材料的选择和提高齿模寿命的途径 关键词：锥齿轮；精密模锻；齿形设计；数值模拟 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t u s i n gp r e c i s i o nf o r g i n gp i d c e 豁t op r o d u c eg e a r s ，t h em a t 既i a la n dp o w e ra r e s a v e d , t h ec o s ti sr e d u c e da n dt h ee f f i c i e n c yi se n h a n c e d a tt h es 锄et i m e , t h e a b i l i t i e so f m t i - w e a r , m t i - e r o d e ，a n t i - b e n d i n ga n d a n t i - f a t i g u eo f t h ep r e c i s i o nf o r g i n g g e a r 啪i m p r o v e d t h e r d o r e , t h et l m o l o g yo l xp r e c i s i o nf o r g i n gg e a rb c c o h l 髂t h e d e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fg e a rm m m f a c t u r i n gi n d u s t h et e c h n o l o g yo fp r e c i s i o n f o r g i n gs p u rb e v e lg e a ri sf i r s tu s e db e c a u s eo f i t ss t r u c t u r ec h a r a c t e r i s d c s a tp i 岱龇 t h ep r e c i s i o f o r g i n gp r o c e s so fs p u rb e v e lg e a ri sa l r e a d yw e l ld e v e l o p e d a c c o r d i n g t ot h em o d u l u sa n dt h em a t e r i a lo ft h es p u rb e v e lg e a r , t h es u i t a b l ep r e c i s i o nf o r g i n g p r o c e s sc a mb ec h o s e n u s i n gh o t - f o r g i n g - w m m - s i z i u gp r o c e s st of o r mb i gm o d u l es p u rb e v e lg e a ri b w i d e l ya p p l i e d i ng e n e r a l , t h i sp r o c e s si s w e l ld e v e l o p e d , b u t p r o b l e m so f u n s u c c e s s f u lc o l o rf i l l i n g , e x c e s s i v ef o r m i n gl o a da n de a r l yf a i l u r eo ft o o t hd i e a l w a y st a k ep l a c ed u et o t h e l a r g e d e f o r m a t i o no fg e a rt e e t h i nt h e h o t - f o r g i n g - w a r m - s i z i n gp i d c 铭s ，m u l t i - f a c t o r sa f f e c t i n gt h ea c c u r a c yo fg e a rt e e t h e x i s t , a n dt h e ni t sd i f f i c u l tt o 确定了工件的定位方式 及定位模齿的加工制造、检验方法;利用齿轮啮合原理和直齿锥齿轮几何特点计算出定位模齿齿坯的齿根、齿顶、轴向高度尺寸;分析了夹具制造、安装 误差对夹具精度的影响;并绘制夹具全部零件加工图和总装配图.用拉格朗日方法对夹紧机构进行了运动和受力分析,建立了机构参数设计计算的数学模型 ,分析计算了夹具夹紧力与油缸拉力的关系和压爪的径向张开量,并用c语言编程辅助计算.根据新型夹具制造、安装、调试的实践,总结论述了新型夹具的 装配及调整找正方法.对新型夹具进行锻件车削工艺实验并分析了实验结果.新型夹具结构新颖实用,构思巧妙,生产实践表明,能简便快捷地实现径向和端 面的微调找正,工装更换调整时间仅为原夹具的1/16,齿轮定位装夹精度比原夹具提高12级,显著提高了半轴齿轮的产品精度和生产效率,具有重要的技术 进步意义和实际应用价值,对于其它工装的设计改进也具有重要的参考价值.目前新型夹具已应用于bj130半轴齿轮的实际生产,使用效果良好,经济效益显 著. 3.期刊论文 邓克.王珍.田福祥 直伞齿轮精锻技术的应用及发展 -青岛建筑工程学院学报2002,23(4) 论述了直伞齿轮精锻的工艺流程及其特点、优越性,分析了目前精锻模具存在的缺陷,同时论述了直伞齿轮精锻工艺在我国的应用情况、发展趋势及 对我国机械行业进步的重要意义. 4.学位论文 解文涛 新型直伞齿轮锻件切边模的研制 1999 针对原模具刃口加工工艺存在的问题,在提出渐开线拟事方法和导出切边模齿廓理论曲线及其渐屈线方程的基础上,提出了直伞齿轮锻件切边模齿廓 曲线的三种拟合方法和拟合精度分析方法,并建立了相应的计算公式,编制了电算程序.计算表明,三种方法都可以达到任意的拟合精度,其中两点拟合法最 好,解决了线切割加工切边模刃口的关键技术问题.针对原切边模结构存在的问题,提出了切边模的新型结构,并建立了设计规范.新型切边模以模块、垫板 和预紧圈的组合体代替原整体模块,模块壁厚仅为原来的1/3,翻新磨削面积小,能充分发挥线切割刃口内壁母线平行的特点,使模块可翻新使用1015次.将 两点拟合法和新型模具结构,应用于bj130半轴齿轮锻件切边模的设计与制造,并进行该齿轮锻件批量切边工艺实验,效果很好,模具精度高,切边质量好,模 具寿命比原模具提高5倍以上,技术进步和经济效益显著.该文提出的曲线拟合法和新型模具结构,不仅对直伞齿轮精锻技术有重要的促进作用,而且对其它 冲模、切边模刃口的线切割加工和模具结构改进,也具有重要的技术进步意义和推广应用价值. 5.期刊论文 郑建设.李金海.zheng jianshe.li jinhai 螺旋锥齿轮精密模锻近净成形技术及制造工艺 -机械传动 2009,33(4) 采用先进近净成形技术的设计理念,探讨了螺旋锥齿轮齿面新的成形技术及其闭式、闭塞式精密热锻模具设计方法,并对汽车驱动桥螺旋锥齿轮采用 精密模锻近净成形后的机械加工提出了一套新的工艺规程和加工方法.实践证明:该技术不仅可以提高锥齿轮的加工效率和材料利用率,而且还能提高锥齿 轮的传动性能. 6.会议论文 李亚敏.王华君.汪学阳.张亚南 螺旋锥齿轮摆动辗压凹模的断裂失效* 2008 螺旋锥齿轮是差速器的核心部件,很难通过精密模锻等塑性方法成形。利用摆辗成形过程中金属周向流动容易的特性,可以克服螺旋锥齿轮精密模锻 过程中,角隙充填不满和成形力过大的困难。但是螺旋锥齿轮齿线长而弯曲,摆辗成形过程中金属流动复杂,模具经常断裂失效。本文建立了螺旋锥齿轮摆 辗有限元模型,对螺旋锥齿轮摆辗成形过程进行了模拟；利用点跟踪的方法,对凹模齿根凸凹面的周向应力和径向应力进行研究；分析了螺旋锥齿轮摆辗 凹模断裂失效的原因。以上结果为提高螺旋锥齿轮摆动辗压凹模寿命提供依据和参考。 7.会议论文 林超 精锻弧齿锥齿轮的探讨 1991 8.期刊论文 李亚敏.王华君.汪学阳.朱春东 螺旋锥齿轮摆辗工艺研究 -锻压技术2009,34(6) 螺旋锥齿轮形状复杂,齿线长而弯曲,不易通过常规方法加工.摆辗作为一种新的塑性成形螺旋锥齿轮的方法,克服了精密模锻成形力过大的困难.基于 有限元的方法,本文对螺旋锥齿轮摆辗成形过程进行研究,分析了成形各阶段的变形与载荷特性;针对摆辗最后阶段飞边面积较大、载荷过大的特点,提出 了摆辗摆头改进的方法,减少了飞边面积,从而使得成形力减少了1/3;通过铅试件成形验证了摆辗螺旋锥齿轮成形过程,说明了摆辗螺旋锥齿轮是可行的. 9.期刊论文 戴广军.dai guang-jun 直齿锥齿轮精锻模具设计 -华北水利水电学院学报2007,28(3) 直齿锥齿轮精密模锻是一种先进的模锻工艺,为设计加工出精度高、寿命长的直齿锥齿轮精锻模具,针对其结构特点,提出了模膛设计加工的要素和电 极齿轮的修正参数及制造精锻模齿形模的工艺,可为其设计应用时参考. 10.期刊论文 李亚敏.王华君.汪学阳.朱春东 螺旋锥齿轮摆辗凹模的断裂失效 -锻压装备与制造技术2009,44(4) 螺旋锥齿轮是差速器的核心部件,其精密模锻过程中存在角隙充填不满和成形力过大的问题.利用摆辗成形过程中金属周向流