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圆柱直齿轮温精锻过程模拟及凹模工作应力计算的研究

侯天鹏

  齿轮精锻成形较传统的切削加工具有材料利用率高、生产效率高、制件力学性能好等优点,齿轮精锻已成为国内外学者的研究热点。本文借助DEFORM-3D有限元模拟软件,结合传统凹模力学分析方法,对齿轮温精锻的凹模受力分析和应力计算展开研究。 本文在论述温精锻+冷精整的齿轮精锻工艺和模具结构特点的基础上,运用三维造型软件Pro/E4.0对圆柱直齿轮进行参数化建模,并构建了齿轮温精锻模具的主要零件实体模型。运用DEFORM-3D软件建立了坯料外径定位、浮动凹模结构的齿轮温精锻三维有限元模型,运用数值模拟方法分析齿轮的成形过程和凹模齿腔的角隅充填状况,分析了不同成形时刻坯料应力和应变分布规律和温度场的变化。 运用DEFORM-3D有限元模拟软件,对齿数为36,模数分别为2、4、5(I组)和模数为2,齿数分别为18、36、72(Ⅱ组)二组圆柱直齿轮的温精锻过程进行模拟分析,从得到的上模块载荷行程曲线中,计算出最大单位成形力。论文假设坯料在塑变区,最大单位成形力即为凹模的最大工作载荷,由此计算凹模工作载荷与坯料的流动应力的比值。结果表明:对I组齿轮,其比值分别为5.3、5.7、6.0;对Ⅱ组齿轮,其比值分别为5.0、5.3、4.7;由此初步得出模数在2-5间的大模数齿轮温精锻时,凹模的工作载荷是坯料的流动应力的5-6倍。 论文进一步对Ⅰ组、Ⅱ组圆柱直齿轮温精锻凹模受力进行了有限元模拟分析,得到了凹模在成形过程中受到的最大等效应力。同时,分别选取凹模型腔齿形的齿根圆直径、分度圆直径、齿顶圆直径作为凹模的内径,运用厚壁筒强度理论计算了上述二组圆柱直齿轮温精锻凹模的最大相当应力。分析比较其最大等效应力和最大相当应力的比值,发现:该比值均在1.0-1.1之间,其中取齿顶圆作为凹模应力计算的内径时,该比值较大。由此得出:取凹模型腔齿形的齿顶圆直径作为凹模内径,采用厚壁筒强度理论来计算凹模的最大相当应力较为简捷,放大1.1倍更为可靠。这对圆柱直齿轮精锻成形凹模受力分析具有较大实用价值。……   
[关键词]:圆柱直齿轮;温精锻;凹模最大应力计算;有限元分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:太原理工大学2012年