齿轮精密成形技术的研究 -

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1

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*1分流孔提前闭合，心部金属重叠导致网格发生畸变，零件为次品
*2出现了双鼓现象，金属重叠导致网格发生畸变，零件为次品

从表中可以看出，在模拟过程中，分流孔径为20mm的毛坯由于分流孔在齿形填充前就已经闭合，从而造成心部金属重叠导致网格发生畸变，模拟过程在齿轮上角部未充满的情况下就退出了计算，这说明分流孔径为20mm的毛坯没有实现分流作用。而对于孔径为25mm的毛坯，中心孔在毛坯进入填充阶段以后才闭合，分流作用能体现出来。孔径为30mm的毛坯由于壁厚太薄，出现了双鼓现象，金属重叠导致网格严重畸变，模拟过程没能完成。

a）孔径为f20mm（b）孔径为f25mm

图3为等效应变分布图，从图中可以看出，孔径20mm和25mm毛坯的等效应变表现基本相同，表层的等效应变略大于内部的，说明这两种毛坯的金属向内流动和向外填充齿形的趋势较一致，而孔径30mm毛坯的内孔等效应变大于外圈，说明这种毛坯向齿腔填充的效果不好。3种毛坯镦粗引起的内孔收缩不一样，在齿形还没有较好填充时内孔为f20mm毛坯的孔径基本闭合，内孔为f30mm的毛坯内孔收缩快于外圈填充，而孔径25mm的毛坯则是内孔收缩和齿形填充较好地同步进行。

不同孔径毛坯的力—行程曲线如图4所示。

图4 力-行程曲线

从图4可以看出，3条曲线的走势基本相同，在刚开始阶段上升得比较快，行程大于3mm以后曲线比较平缓，工作载荷高于3000kN以后曲线就开始急剧上升。但是细节上各有不同：孔径为f20mm的毛坯由于内孔收缩较快，所以载荷在较小行程时就急剧上升；而孔径为f30mm的毛坯则是由于内孔收缩较慢，载荷迟迟没有进入陡升阶段。孔径为f25mm的毛坯曲线刚好介于其他两条曲线之中。在曲线的最后阶段，由于孔径为f20mm的毛坯内孔提前闭合和孔径为f30mm的毛坯壁厚太薄出现双鼓现象使得模拟未能完成，而造成曲线不完整。孔径为f25mm毛坯的内孔收缩和齿形填充较为协调一致，齿形填充完全时内孔刚好闭合，使得模拟得以完成；同时力-行程曲线在陡升的最后阶段还开始变得平缓，分流作用得到了体现，但作用不很明显，相对无分流孔成形，载荷仅降低了2％。

采用紫铜毛坯制成带 25mm分流孔的毛坯，对成形过程进行工艺试验，毛坯表面采用动物油脂润滑，当工作载荷达到2800kN时得到了如图5所示的齿轮样件。

图5 孔径为f25mm的样件

样件中心孔刚好闭合；齿形填充情况具有采用普通强制浮动凹模进行精锻成形的典型特征，齿轮毛坯的下角部充填非常完全，而且在凹模的强制带动下还形成了很大的毛刺；中部填充也较好，但边角部稍圆浑；齿坯的上角部圆角较大。

上述特征和数值模拟结果吻合，说明数值模拟的结果比较可靠。

3.2 浮动凹模可调模具成形

采用浮动凹模时，由于摩擦力的作用，齿坯充填不均匀，一边充填作用则较好；而另一边充填作用较弱。因此可以使浮动凹模在整个精锻过程中是可调的，开始时先下移，到一定程度后再上移，使齿坯的上下角部齿形都有机会得到良好的充填。而且由于齿形充填均匀，将导致成形载荷的降低，减少无用功。

模具结构如图6示，材料为15钢（冷态），工作速度为2mm/s，摩擦因子为0.3。毛坯仍采用带 25分流方案，模拟其成形过程。当工作载荷为5691kN、行程为15mm时得到填充完好的工件。

图6 试验模具简图

从图7可以看出，整条曲线只在打靠阶段才陡升，上升趋势较平缓。齿轮成形载荷也有所降低，比强制浮动凹模结构的成形载荷约降低12.8％。

图7 力-行程曲线

试验条件如2.1节所述，但采用凹模运动方式可调，先下移8.6mm，再上移0.6mm，加载至2800kN获得的紫铜齿轮件如图8。

图8 工艺试验得到的齿轮样件

从齿轮样件可以看出：整个齿轮齿形填充非常完好。而采用单纯浮动凹模，在2800kN时，都无法得到如此清晰的齿轮件（见图5）,上角部齿形远未充满。

4 结论

1）选择适当的分流孔尺寸可以降低成形载荷，但作用不很明显，载荷比实心毛坯降低约2％左右。

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