螺旋锥齿轮从动轮毛坯锻造过程的有限元分析(附件)
螺旋锥齿轮毛坯锻造可以消除金属原材料在冶炼过程中产生的一些缺陷，对锻造过程进行试验至关重要。螺旋锥齿轮毛坯锻造需要多道工序，此次分析只进行齿轮毛坯的模锻过程。本文首先利用Pro/E三维建模软件建立齿轮的模具和坯料模型，接着将STL格式的模型导入到有限元软件中，然后设置模锻过程的各个参数，最后利用DEFORM-3D有限元软件对螺旋锥齿轮毛坯锻造过程进行模拟，分析了齿轮毛坯锻造过程的金属流动规律，通过改变摩檫系数，来分析在润滑条件和无润滑条件下，毛坯的应力应变等。结果表明:金属流动具有不均匀性，中间流速较快；锻件的内侧与连皮的阶梯处，应力应变较大；摩檫系数越小，齿轮的应力应变越小，载荷越小。关键词 螺旋锥齿轮，锻造，毛坯，DEFORM
目录
1 绪论 1
1.1 齿轮锻造国内外研究现状 1
1.2 螺旋锥齿轮从动轮毛坯锻造过程的有限元分析研究现状 3
1.3 课题的目的与内容 4
2 齿轮锻造有限元分析相关理论 5
2.1 锻造 5
2.2 金属塑性变形的基本理论 6
2.3 DEFORM3D软件简介 8
3 螺旋锥齿轮毛坯锻造有限元模拟 9
3.1概述 9
3.2 毛坯材料的选择及热锻件图的确定 9
3.3 物体的设置 12
3.4模拟设置 13
4 螺旋锥齿轮从动轮有限元数值分析 14
4.1 概述 14
4.2 锻造过程金属流动规律 15
4.3 摩檫因素对锻造性能的影响 16
结 论 19
致 谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 齿轮锻造国内外研究现状
锻造通过机器对金属坯料施加一定的压力，使其产生塑性变形，可以得到预期形状和尺寸并且具有一定机械性能的锻件[1]。锻造行业一直是汽车、矿山、能源、建筑、航空、航天等行业的基础，以前，锻造技术仅仅可以生产毛坯，进过十几年来的发展,锻造工艺取得了重大突破，现在，利用锻造技术，可以生产出接近成品的锻件,其表面具有较少的缺陷,机械加工余量少，具有较高的尺寸精度。目前，中国机械行业较 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
之以前取得了飞跃式的进展，汽车行业在日益发展。齿轮锻造技术需要取得进展以满足市场的竞争力越来越大而且国家支持节能节材的现状，因此齿轮的加工工艺已逐步由精密加工取代切削加工[23]。
在整个锻造过程中, 镦粗是主要的变形工序之一, 被广泛的应用。镦粗主要是通过上、下砧板，将原始型材锻造成一定的形状，以减小其高度, 增大其横截面积，为后续加工做准备, 同时毛坯的力学性能还可以得以提升。镦粗后毛坯质量的好与坏取决于镦粗的方式与各种参数，比如温度、速度等。使用普通的砧板且坯料的形状是圆柱体时, 锻造后的锻件内部的塑性变形具有不均匀性, 这种现象造成了毛坯内部不同区域的组织与性能得到了不同的改善。因为金属内部的应力状态较差, 所以当锻件原始高径比大于一时,被动塑性变形区内便存在两向拉应力状态，这不利于锻件里面的缺陷, 甚至会因此造成新的缺陷[4]。
由于锻造技术的与时俱进，越来越多的坯料选择采用模锻技术。对于盘齿类的毛坯，采用模锻可以提高材料的利用率，降低对设备的要求，由于其自动化较高，对人员需求量不大，这对厂家来说，可以获得更多的收益。尽管如此，闭式模锻也有一定的缺陷，比如毛刺、锻件未充满等问题[5]。
国内许多学者对齿轮类的产品锻造进行了许多研究。由于闭式模锻存在需要提高材料的利用率，提高生产效率和产品精度等主要问题，张发廷采用了复合锻造工艺，包括以下环节，首先自由锻造制作坯料，接着预成形工序使坯料接近零件外形，最后通过模锻是坯料成为最终毛坯对汽车后桥从动轮闭式模锻进行研究。通过结合自由锻与模锻等的优点，采用这种工艺的研究， 实现了汽车后桥齿轮从动轮毛坯的锻造过程[6]。杨继璋等人通过对高轮轮毂齿轮的结构进行分析对高轮毂齿轮毛坯的模锻成形工艺及模具设计进行了研究[7]。杨慎华等研究了轿车差速器行星与半轴齿轮冷闭塞锻造成形，最终得出了下面的结论，可以采取有效措施使成形载荷得以降低、保证坯料可以充满型腔与齿形精度。比如采用专用液压模具、合理的分配合模力与塞挤力、正确设计凹模齿形型腔、精加工模具型腔精度要高以及提前处理坯料等[8]。
张海伟对轴齿轮毛坯进行反挤压成型，得出齿轮的生产工艺具有以下特点：（1）为了满足补缩要求的措施和能力，齿轮设计时应考虑到温度梯度，形成顺序凝固。(2)锻造后，毛坯因为冷缩现象，应该利用砂芯退让性来消除因此产生的内应力。大型的铸钢件经过铸造，金属液体与型砂产生接触，使铸件表面富有砂粒，为了防止这种现象，提高产品的质量，可以使用水玻璃铬铁矿砂在其表面刷醇基锆英粉涂料。（3）浇注后的铸件，其内部存在残留应力，残留应力的存在容易使铸件产生缺陷，降低铸件的性能，因此需要采取措施来防止这种情况的出现[9]。
江叔通为了使锻件精度等级在现有的基础上再得以提升，以此来减少锻件的单边加工余量，使精化齿坯不再需要进行其他工序而可以直接用于精车，因此他以现在的精密锻造技术为根据，以研究齿轮毛坯热锻为途径，提出了精化齿坯热锻工艺的定义，而且规定了该工艺单边加工余量的范围。决定精化齿坯热锻工艺好坏有许多因素，其中最为重要的还属制造坯料和与成形环节，因此他对这两个过程进行了分析研究,同时论述了制坯和预锻的设备和模座。得出下面的结论：以现在的精密锻造技术为根据,使锻件精度等级在现有的基础上再得以提升，以此来减少锻件单边加工余量，进而达到精化齿坯不再需要进行其他工序而可以直接用于精车的目的。制坯和预锻的好坏作为重要因素，其决定着精锻的质量,在锻造设计中需要尤其关注。为了更方便控制坯料的直径可以采用固定的镦粗高度，预锻坯偏心想象可以通过预锻模座结构设计的导向装置进行有效的防止[10]。
Cai J等通过研究锻造模具，获得不同的模具对锻造成形后的毛坯的质量及性能，来获得最佳的模具设计。他们分别将上模设计成水平的平面面和倾斜的平面来形成对比，将下模固定和运动形成对比，通过研究这几种对比情况下金属的流动规律和所需的载荷，得出了以下结论，当采用斜面凸模和浮动凹模的时候金属可以得到最饱满的填充，成形载荷最低[11]。
目录
1 绪论 1
1.1 齿轮锻造国内外研究现状 1
1.2 螺旋锥齿轮从动轮毛坯锻造过程的有限元分析研究现状 3
1.3 课题的目的与内容 4
2 齿轮锻造有限元分析相关理论 5
2.1 锻造 5
2.2 金属塑性变形的基本理论 6
2.3 DEFORM3D软件简介 8
3 螺旋锥齿轮毛坯锻造有限元模拟 9
3.1概述 9
3.2 毛坯材料的选择及热锻件图的确定 9
3.3 物体的设置 12
3.4模拟设置 13
4 螺旋锥齿轮从动轮有限元数值分析 14
4.1 概述 14
4.2 锻造过程金属流动规律 15
4.3 摩檫因素对锻造性能的影响 16
结 论 19
致 谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 齿轮锻造国内外研究现状
锻造通过机器对金属坯料施加一定的压力，使其产生塑性变形，可以得到预期形状和尺寸并且具有一定机械性能的锻件[1]。锻造行业一直是汽车、矿山、能源、建筑、航空、航天等行业的基础，以前，锻造技术仅仅可以生产毛坯，进过十几年来的发展,锻造工艺取得了重大突破，现在，利用锻造技术，可以生产出接近成品的锻件,其表面具有较少的缺陷,机械加工余量少，具有较高的尺寸精度。目前，中国机械行业较 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
之以前取得了飞跃式的进展，汽车行业在日益发展。齿轮锻造技术需要取得进展以满足市场的竞争力越来越大而且国家支持节能节材的现状，因此齿轮的加工工艺已逐步由精密加工取代切削加工[23]。
在整个锻造过程中, 镦粗是主要的变形工序之一, 被广泛的应用。镦粗主要是通过上、下砧板，将原始型材锻造成一定的形状，以减小其高度, 增大其横截面积，为后续加工做准备, 同时毛坯的力学性能还可以得以提升。镦粗后毛坯质量的好与坏取决于镦粗的方式与各种参数，比如温度、速度等。使用普通的砧板且坯料的形状是圆柱体时, 锻造后的锻件内部的塑性变形具有不均匀性, 这种现象造成了毛坯内部不同区域的组织与性能得到了不同的改善。因为金属内部的应力状态较差, 所以当锻件原始高径比大于一时,被动塑性变形区内便存在两向拉应力状态，这不利于锻件里面的缺陷, 甚至会因此造成新的缺陷[4]。
由于锻造技术的与时俱进，越来越多的坯料选择采用模锻技术。对于盘齿类的毛坯，采用模锻可以提高材料的利用率，降低对设备的要求，由于其自动化较高，对人员需求量不大，这对厂家来说，可以获得更多的收益。尽管如此，闭式模锻也有一定的缺陷，比如毛刺、锻件未充满等问题[5]。
国内许多学者对齿轮类的产品锻造进行了许多研究。由于闭式模锻存在需要提高材料的利用率，提高生产效率和产品精度等主要问题，张发廷采用了复合锻造工艺，包括以下环节，首先自由锻造制作坯料，接着预成形工序使坯料接近零件外形，最后通过模锻是坯料成为最终毛坯对汽车后桥从动轮闭式模锻进行研究。通过结合自由锻与模锻等的优点，采用这种工艺的研究， 实现了汽车后桥齿轮从动轮毛坯的锻造过程[6]。杨继璋等人通过对高轮轮毂齿轮的结构进行分析对高轮毂齿轮毛坯的模锻成形工艺及模具设计进行了研究[7]。杨慎华等研究了轿车差速器行星与半轴齿轮冷闭塞锻造成形，最终得出了下面的结论，可以采取有效措施使成形载荷得以降低、保证坯料可以充满型腔与齿形精度。比如采用专用液压模具、合理的分配合模力与塞挤力、正确设计凹模齿形型腔、精加工模具型腔精度要高以及提前处理坯料等[8]。
张海伟对轴齿轮毛坯进行反挤压成型，得出齿轮的生产工艺具有以下特点：（1）为了满足补缩要求的措施和能力，齿轮设计时应考虑到温度梯度，形成顺序凝固。(2)锻造后，毛坯因为冷缩现象，应该利用砂芯退让性来消除因此产生的内应力。大型的铸钢件经过铸造，金属液体与型砂产生接触，使铸件表面富有砂粒，为了防止这种现象，提高产品的质量，可以使用水玻璃铬铁矿砂在其表面刷醇基锆英粉涂料。（3）浇注后的铸件，其内部存在残留应力，残留应力的存在容易使铸件产生缺陷，降低铸件的性能，因此需要采取措施来防止这种情况的出现[9]。
江叔通为了使锻件精度等级在现有的基础上再得以提升，以此来减少锻件的单边加工余量，使精化齿坯不再需要进行其他工序而可以直接用于精车，因此他以现在的精密锻造技术为根据，以研究齿轮毛坯热锻为途径，提出了精化齿坯热锻工艺的定义，而且规定了该工艺单边加工余量的范围。决定精化齿坯热锻工艺好坏有许多因素，其中最为重要的还属制造坯料和与成形环节，因此他对这两个过程进行了分析研究,同时论述了制坯和预锻的设备和模座。得出下面的结论：以现在的精密锻造技术为根据,使锻件精度等级在现有的基础上再得以提升，以此来减少锻件单边加工余量，进而达到精化齿坯不再需要进行其他工序而可以直接用于精车的目的。制坯和预锻的好坏作为重要因素，其决定着精锻的质量,在锻造设计中需要尤其关注。为了更方便控制坯料的直径可以采用固定的镦粗高度，预锻坯偏心想象可以通过预锻模座结构设计的导向装置进行有效的防止[10]。
Cai J等通过研究锻造模具，获得不同的模具对锻造成形后的毛坯的质量及性能，来获得最佳的模具设计。他们分别将上模设计成水平的平面面和倾斜的平面来形成对比，将下模固定和运动形成对比，通过研究这几种对比情况下金属的流动规律和所需的载荷，得出了以下结论，当采用斜面凸模和浮动凹模的时候金属可以得到最饱满的填充，成形载荷最低[11]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/gfzcl/337.html
