中空分流鍛造成形機理及應用技術研究.pdf

1、齒輪品種多，數(shù)量巨大，在汽車、飛機、輪船、機床等產品中應用廣泛，尤以各種車輛傳動裝置中應用最多，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。其中，圓錐齒輪、起動齒輪和同步器齒環(huán)等已實現(xiàn)精密模鍛工藝生產，在節(jié)材、節(jié)能、提高產品性能和環(huán)保方面創(chuàng)造了顯著的經濟與社會效益。但，結合齒輪、倒檔齒輪和大模數(shù)直齒圓柱齒輪等結構復雜、成形極為困難的齒輪的精鍛技術研究很少見到報導。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)出結合齒輪和倒檔齒輪的溫冷復合精鍛成形工藝并用于生產，由于技術保密，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。而國內的研究剛剛起步，有的甚至為空白。本文以實現(xiàn)這些復雜齒輪的精密模鍛為目標，采用經典塑性成形理論、有限元模擬與試驗相結合的方法對中空分流鍛造成形機理及應用技術進行研究，其主要研究內容及成果如下：
　　研究了中空分流鍛造成形機理，得到：當采用實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，其等效應變值小，但等效應力值大，導致成形力迅速增大，而齒頂未能充滿；當采用環(huán)形毛坯閉式鍛造即中空分流鍛造時，毛坯金屬產生軸向與徑向復合流動，等效應變值增大，等效應力值減小，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系，提出了以成形力最小為目標函數(shù)的優(yōu)化模型的思路，導出了中空分流鍛造成形力的計算公式和滿足中空分流鍛造成形要求的環(huán)形毛坯孔徑的計算公式，實現(xiàn)了環(huán)

4、形毛坯的優(yōu)化設計。
　　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)閉式鍛造成形結合齒輪精密鍛件時，因金屬沿徑向流動距離過長、切向拉應力過大，從而導致模具破裂和鍛件缺陷；針對這一技術難題，提出了中空分流鍛造成形工藝方案和預鍛件的優(yōu)化設計方法，完成了三工序結合齒輪中空分流鍛造模具結構設計，同樣，采用剛粘塑性有限元模擬和工藝及模具試驗，驗證了其可行性與先進性。
　　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構設計并提出了相應的選用原則，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驗證了其可行性。
　　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、熱處理爐和6300KN精鍛液壓機組成的中空分流鍛造成形生產線，實現(xiàn)了“大眾”二檔