中空分流鍛造成形機(jī)理及應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、齒輪品種多，數(shù)量巨大，在汽車、飛機(jī)、輪船、機(jī)床等產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，尤以各種車輛傳動裝置中應(yīng)用最多，其中，一輛汽車上的齒輪近40件，約有一半可采用精密模鍛工藝生產(chǎn)。其中，圓錐齒輪、起動齒輪和同步器齒環(huán)等已實(shí)現(xiàn)精密模鍛工藝生產(chǎn)，在節(jié)材、節(jié)能、提高產(chǎn)品性能和環(huán)保方面創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)與社會效益。但，結(jié)合齒輪、倒檔齒輪和大模數(shù)直齒圓柱齒輪等結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成形極為困難的齒輪的精鍛技術(shù)研究很少見到報導(dǎo)。國外，德國的蒂森克虜伯公司和日本的你期待（Nichid

2、ai）公司已研發(fā)出結(jié)合齒輪和倒檔齒輪的溫冷復(fù)合精鍛成形工藝并用于生產(chǎn)，由于技術(shù)保密，未見發(fā)表論文；對于大模數(shù)直齒圓柱齒輪未見公開報導(dǎo)。而國內(nèi)的研究剛剛起步，有的甚至為空白。本文以實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜齒輪的精密模鍛為目標(biāo)，采用經(jīng)典塑性成形理論、有限元模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法對中空分流鍛造成形機(jī)理及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，其主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　研究了中空分流鍛造成形機(jī)理，得到：當(dāng)采用實(shí)心圓餅毛坯通過常規(guī)閉式鍛造成形為圓餅直齒輪時，毛坯金屬以

3、軸向壓縮流動為主，徑向流動極小，其等效應(yīng)變值小，但等效應(yīng)力值大，導(dǎo)致成形力迅速增大，而齒頂未能充滿；當(dāng)采用環(huán)形毛坯閉式鍛造即中空分流鍛造時，毛坯金屬產(chǎn)生軸向與徑向復(fù)合流動，等效應(yīng)變值增大，等效應(yīng)力值減小，不僅成形力大為減小，而且齒頂充填飽滿。
　　分析了影響鍛造成形力的各主要因素及其相互關(guān)系，提出了以成形力最小為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型的思路，導(dǎo)出了中空分流鍛造成形力的計(jì)算公式和滿足中空分流鍛造成形要求的環(huán)形毛坯孔徑的計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)了環(huán)

4、形毛坯的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　采用剛粘塑性與熱力耦合有限元模擬方法，分析了采用常規(guī)閉式鍛造成形結(jié)合齒輪精密鍛件時，因金屬沿徑向流動距離過長、切向拉應(yīng)力過大，從而導(dǎo)致模具破裂和鍛件缺陷；針對這一技術(shù)難題，提出了中空分流鍛造成形工藝方案和預(yù)鍛件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，完成了三工序結(jié)合齒輪中空分流鍛造模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同樣，采用剛粘塑性有限元模擬和工藝及模具試驗(yàn)，驗(yàn)證了其可行性與先進(jìn)性。
　　針對采用厚壁無縫管坯通過帶芯軸擠壓成形為大模數(shù)直齒圓柱齒

5、輪存在材料利用率低、成形力過大的問題，提出采用圓柱體毛坯通過溫（熱）態(tài)閉式擠壓和冷擠壓精整的中空分流鍛造成形工藝方案，完成了熱態(tài)閉式擠壓和冷擠壓精整模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并提出了相應(yīng)的選用原則，采用剛粘塑性熱力耦合有限元及彈塑性有限元模擬分析與工藝試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。
　　利用所取得的理論研究成果，在合作企業(yè)建立了由下料、加熱、16000KN三工位熱模鍛壓力機(jī)、熱處理爐和6300KN精鍛液壓機(jī)組成的中空分流鍛造成形生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了“大眾”二檔