齿轮模具

2024-09-27

齿轮模具(精选4篇)

齿轮模具 篇1

0 引言

我公司是生产煤炭采掘机械的重点企业, 产品远销国内外, 随着能源的重要性日益突出, 公司对产品的质量也提出了更高的要求。公司生产采煤机各机型的左右摇臂, 其中装有行星减速机构, 由于矿井工作环境恶劣, 齿轮经常承受过载及非常大的冲击载荷, 易损坏, 为保证生产, 需迅速生产齿轮易损件, 而一个使用效果好、寿命长的锻造模具就显得尤为重要。

1 齿轮结构分析

齿轮材料为18Cr2Ni4WA, 此材料是一种高强度、高韧性、高淬透性的合金渗碳钢, 常用于制作采煤机的重负荷和耐磨齿轮。该齿轮在采煤机摇臂中起重要传动作用, 如图1所示。

摇臂所用齿轮件的外形结构形状复杂, 同时外圆横断面进行了收缩, 对锻造加工造成了一定的影响。

2 模具结构设计

考虑到齿轮件材料是通过模具挤压成型, 为此设计了一个封闭模型的结构, 包括上盖、外套、下垫。由于齿轮零件规范对称, 上盖和下垫采用相同的形状尺寸设计, 如图2、图3所示。

2.1 材料要求

根据综合考虑, 材料选择为5Cr Mn Mo, 该材料为热作模具钢, 适于制作边长小于500 mm的中型锤锻模。材料成分如表1。

%

2.2 壁厚要求

在锻造过程中时刻承受着锻锤的击打, 模具时刻承受着冲击功, 我们要求模具吸收的动能小于产生裂纹所需的能量, 经过大量工装模具的使用经验验证:直径小于准400 mm, 外套最薄处壁厚要求35 mm以上, 直径大于准400 mm, 外套最薄处壁厚要求40 mm以上, 这样可以保证工具的使用率达到10次以上。本例中壁厚尺寸选取了40 mm。

2.3 倒角及圆角要求

在锻造过程中, 尖角处应力集中, 极容易变形开裂, 导致整个零件报废, 所以要在圆角处以适当的倒角过渡, 由于每个零件截面变化大小不一, 对于倒角尺寸的选择必须慎之又慎, 我们曾选用R8圆角, 在实际使用过程中, 圆角处磨损严重, 还出现零件拐角处应力集中现象, 经过摸索实践, 确定出R10圆角为合适尺寸。

2.4 拔模斜度

模具在设计过程中要留有拔模斜度。拔模斜度与零件材料、模具粗糙度、热胀冷缩系数等有关, 一般情况拔模斜度选取3°~5°。特殊零件结构根据形状和实际要求可适当增加。本例通过三角函数计算公式得出零件尺寸如图2所示。

2.5 粗糙度要求

模具对零件进行挤压变形时, 表面粗糙度对加热零件的流动性影响极大, 要求与零件直接接触面的表面粗糙度为Ra3.2。以保证零件的冲型能力良好。非重要加工面要求为Ra12.5。外套外表面与机械手钳口接触, 可以不加工, 对表面粗糙度不做要求。

2.6 零件的机械加工精度

零件表面粗糙度低于Ra1.6, 机械加工余量从国标GB/T 12362-2003中查得, 粗糙度高于Ra1.6, 加工余量要适当加大, 对在锻件相邻部位截面变化较大的零件, 在高度方向适当加大局部余量。本例中单边余量为0.2 mm。

经过总体的设计规划, 锻造工装装配图如图4。

工装使用时, 首先将下垫与外套形成一个封闭的模腔, 方便零件放入, 在模腔内对零件进行锤击变形, 使零件向所需形状变化, 最后将上盖击打进外套, 在上盖、外套、下垫的各项约束下, 锻造出所要求尺寸的零件毛坯。

3 结语

本锻造模具经投产使用, 成功制作出符合工艺结构尺寸要求以及使用性能要求的零件, 节约了昂贵的材料费用。模具寿命明显提高, 材料利用率进一步提升, 在节约了大量生产成本的同时, 保证并提高了产品质量, 使采煤机质量更加安全可靠, 同时提高了齿轮零件的使用性能, 为公司赢得了更多的用户。

摘要:针对采煤机左摇臂传动用齿轮件的结构, 材质, 组织状态等基本参数的分析, 对齿轮锻造成型模具进行了整体结构设计, 着重考虑了变形应力对齿轮材料性能的影响, 通过跟踪分析及尝试试验, 选择最合适的圆弧倒角过渡尺寸, 保证了齿轮零件的成型尺寸, 降低了弯角处的应力集中现象。最终实现了产品质量的合格和稳定。

关键词:齿轮,锻造,模具设计:应力集中

参考文献

[1]黄毅宏, 李明辉.模具制造工艺[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]中国机械工程学会塑性工程学会.锻压手册[M].北京:机械工业出版社, 2008.

汽车齿轮模具的退火工艺漫谈 篇2

1 实验材料与方法

(1) 试验材料及热处理工艺。

为了保证实验的有效性, 本文所采取的试验材料为20Cr Mn Mo汽车齿轮模具, 其成分采用Q6型火花直读光谱仪与GC——508A高频红外硫磷分析仪进行分析。相对来说, 试验材料在选取的时候, 既要有一定的代表性, 又不能过于大众化。目前的汽车行业发展迅速, 很多的汽车齿轮都发生了较大的变化, 如果一味的在大众化方面努力, 并没有办法得到一个理想的效果。20Cr Mn Mo汽车齿轮模具在目前的应用当中, 虽然拥有广泛的使用基础, 但是自身具有一定的技术性, 并不违反材料的选择规则, 同时利用这种材料, 能够让退火工艺的效果更加明显。经过一定的试验, 锻造后未进行退火处理的试样编号为试样1#, 试样2#~4#分别进行不同的退火处理。

(2) 表面硬度测试。

在汽车齿轮模具的退火工艺当中, 表面硬度测试是一个非常重要的考量标准。为了保证在试验的过程中, 不会出现太大的误差, 科研人员主要是将试样的表面硬度测试放在HBE——3000A型布氏硬度计上进行。在测试之前, 必须保证试样的表面光滑平坦, 如果出现一丝丝的凹凸痕迹, 都会影响最后的测试结果。同时, 一定要避免试样的表面存在杂质, 否则同样会影响最后的测试结果。主要观察的指标有:是否存在氧化脱皮, 是否有脱碳层或者其他的污物。为了保证测试结果具有较高的可信度, 在试样表面选取了5个点进行硬度测试, 将平均值作为试样的表面硬度。

2 结果及讨论

(1) 表面硬度测试结果及讨论。

从试样1#~试样4#的表面硬度测试结果如表1所示, 从四个试样来看, 试样3#的表面硬度较低, 而试样2#和试样4#相对3#来说, 其硬度值要高一些。试样1#的硬度值降低了91HB。根据最后的结果分析, 20Cr Mn Mo汽车齿轮模具锻造后的表面硬度, 受退火加热温度的影响较大, 二者之间主要呈现出正比的关系, 也就是说当退货加热温度在降低到某一个值以后, 20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的表面硬度也会降低相应的幅度, 甚至是更低。经过详细的统计和分析, 再加上2#~4#的对比分析, 当退火工艺的温度为830℃的时候, 比较有利于降低20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的硬度, 同时可以在此期间, 更好的改善其切削加工性能。

(2) 冲击试验结果及讨论。

在冲击试验当中, 韧性是一个非常关键的评价指标, 它能够从根本上对汽车齿轮模具性能做出一个客观的判断, 并且对日后的生产、加工提供数据上的支持和质量上的保证。从工艺的角度来说, 韧性决定了汽车齿轮模具在冲击力作用下抵抗破裂或者断裂的能力。从试验结果来看, 3#的退火工艺, 能够从客观上提高20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的韧性, 并且最大限度的延长模具的使用寿命。对于汽车齿轮模具来说, 韧性可以说是一个硬性的要求, 韧性越高, 那么发生脆断的可能性就越小, 同时在抗疲劳的性能上, 也能提升到较高的层次, 从而在使用寿命当中, 也可以得到一个理想的结果。

3 对汽车齿轮模具退火工艺的思考

(1) 温度的控制。

就目前的情况来说, 在退火工艺参数相同的情况下, 虽然77℃, 890℃的温度都能够得到一个较好的结果, 但是远远没有830℃的效果理想。相对而言, 当退火工艺集结在830℃的时候, 能够降低20 Cr Mn Mo汽车齿轮模具在锻造以后的硬度, 不至于发生脆断这种情况。另外, 经过830℃的工艺加工, 20 Cr Mn Mo汽车齿轮模具实现了细化晶粒、延长模具寿命的效果。其实, 在退火工艺当中, 830℃并不是一个硬性的要求, 可以根据实际的工作需求, 来稍微提升或者下降一定的温度数值, 只要能够保证汽车齿轮的模具质量就好。

(2) 工艺性能控制。

在目前的测试当中, 汽车齿轮模具的退火工艺在830℃的数值时, 能够得到一个良好的齿轮模具。本文认为, 在日后的工作当中, 可以采用8230℃×2 h加热, 并在650℃保温5 h后空冷的退火工艺, 能够得到一个较高的性能比。经过详细的统计和分析, 此时的表面硬度能够降到98 HB, 剪切断面率达到了89%, 是一个很大的进步。另一方面, 所有的碳化物都呈现出颗粒状, 分散在基体当中。我国目前的汽车行业正在蓬勃发展, 汽车齿轮模具的退火工艺对汽车来说, 至关重要。今后必须不断的革新工艺, 在温度、韧性以及使用寿命等方面, 进一步提升, 让日后生产出来的齿轮能够具有更好的性能。

总结:本文对汽车齿轮模具的退火工艺进行了一定的阐述, 主要以20Cr Mn Mo汽车齿轮模具为例, 进行了详细的分析。现阶段的情况已经非常明朗, 退火工艺的确能够得到理想的结果, 并且提升齿轮的性能。日后可以进行广泛的应用, 同时根据各个地区的实际需求以及汽车齿轮的未来发展, 进行针对性的优化工作。相信在以后的发展中, 汽车齿轮模具退火工艺一定可以提升到一个全新的高度。

摘要:汽车齿轮模具在加工齿轮的时候, 具有非常重要的作用, 从客观的角度来说, 汽车齿轮模具的加工生产工艺是一项核心环节, 对很多方面的工作都有很重要的影响。相对来说, 退火工艺在目前得到了很大程度上的重视, 并且在汽车齿轮模具的加工、生产以及维修当中, 表现出了较高的水准。另一方面, 汽车的数量在不断的增加, 相关模具以及各项加工工艺都要得到较大的提升, 否则很难满足社会上的需求。

关键词:汽车,齿轮模具,退火工艺

参考文献

[1]朱祖昌.热处理技术发展和热处理行业市场的分析[J].热处理, 2009 (4) .

[2]胡月娣, 赵增爵, 沈介国.离子渗氮技术及其应用[J].热处理, 2009 (1) .

齿轮模具 篇3

在工业快速发展的今天, 产品微型化和精密化成为工业发展趋势之一。微型零件因体积比较小、材料消耗低而倍受青睐, 应用也越来越广泛。齿轮传动的特点是传递动力大、效率高、寿命长、工作平稳、可靠性高, 被广泛应用[1]。微型小齿轮现在在微机电系统、微型摄像以及医学仪器等方面得到广泛的应用。起初这些微型零件都用特殊光刻、蚀刻、超声波等加工方法。这些技术虽然可以满足加工要求, 但生产效率低、周期长、成本较高, 给使用者带来很大的经济负担, 若没有新技术产生, 微型化产业发展可能受到阻碍, 所以有些人又把科技革新思维转向具有快速成型模具这种加工方法上来。

2010年西北工业大学设计开发一种微挤压成形系统, 成形出了直径为1.6mm、齿数为6的微型齿轮[2];2013年2月上海交通大学陈少东利用热挤压成形出齿顶圆直径为1.41mm的微型齿轮[3]。

本文将采用微成形挤压模具, 在引用两种入模角的情况下, 用DEFORM软件对挤压成形时的坯料应力、应变及充填情况等进行模拟, 然后对比比较分析, 采用较好的入模角在热模拟实验机上进行热挤压实验, 挤出齿顶圆直径为1mm微型齿轮。

1 模拟条件和分析

1.1 模拟条件、假设

本次模拟主要研究在引入不同入模角后, 对微型齿轮热挤压成形数值模拟, 分析齿形充填状况、表面质量、挤压力大小、挤压过程中应力应变等问题。

为了便于模拟分析对模拟条件作以下约束规定:

①所用软件为PRO/E 5.0和DEFORM 6.0。

②通过另外的实验得H62黄铜挤压成形参数导入DEFORM材料库中, 从中选择H62黄铜。计算坯料所选的材料为H62黄铜 (20~900℃) 。

③齿轮参数为:齿数z=6, 模数=0.125mm, 压力角α=20°。

④模拟时毛坯温度选在具有较高塑性和流动性的相变温度区内[4], 设为650℃。

⑤实验前将热模拟试验机工作室抽成真空, 很好防止毛坯与模具及环境间的热传递, 将整体模具预热30分钟, 保证H62黄铜坯料与模具间温度基本一致, 保证模拟中条件稳定性。

⑥模具简化为刚体, 挤压过程中模具不发生变形, 不会被破坏, 不考虑凹模厚度的影响[5]。

⑦模拟时挤压工作速度为0.1mm/s, H62黄铜坯料与模具之间的摩擦因数为0.02。

⑧H62黄铜坯料表面单元数为1000000, 模拟步骤为5000步, 且模拟过程中网格畸变较大时系统自动重划分网格。

⑨整个模拟过程中毛坯的应力、应变场等变量前后继承[6]。

1.2 模拟分析

这次热挤压成形试验是齿顶圆直径为1mm的小齿轮, 挤压杆直径为3mm, 长约16mm, 在实际挤压过程中, 挤压杆的强度能否能承受巨大的挤压力还不确定, 为了减少试验时间和提高效率, 保证试验顺利进行, 在挤压时加于入模角, 进而分析比较效果如何。

于是利用DEFORM 6.0分别对15°、45°入模角对微型齿轮热挤压成形进行模拟, 从成形时应力、应变、挤压力大小、齿轮外形表面质量等综合考虑, 取最佳入模角进行试验。

1.2.1 两种情况下等效应变图 (图1、图2)

从图1、图2可以看出45°入模角在相同的步骤下, 它的等效应变量变化比15°入模角的要小, 并且坯料内外等效应变相差不大, 在15°入模角这中情况下, 坯料与入模角壁接触的部分等效应变量大, 中间等效应变量较小, 这样可能导致坯料内外金属流动速度差异较大, 可能会产生挤压缩孔现象。

1.2.2 两种情况下1/12模型载荷图 (图3、图4)

从挤压力载荷图可以清楚的看出, 两种入模角情况下挤压力大小差不多, 45°入模角在开始阶段要小一些, 在后半段基本呈上升趋势, 挤压力比在入模角为15°的情况下要大。从整个过程挤压力的大小及稳定性来看, 入模角为15°的情况要好一些, 但两者相比差异不大。

1.2.3 两种情况下等效应力图 (图5、图6)

从图5、图6可以看出45°入模角的等效应力比较小, 特别在坯料与微型齿轮模具接触处, 45°入模角的等效应力比15°入模角的好很多, 从而在这种条件下成形出的齿轮机械性能会好。

1.2.4 两种情况下成形实体图 (图7、图8)

图7、图8模拟成形效果都很好, 齿轮齿充填饱满, 齿轮轮廓完整清晰, 基本没有出现拉裂现象, 整个过程未出现折叠、缩尾等缺陷。

由15°、45°入模角对挤压成形模拟分析, 从成形时应力、应变、挤压力大小、齿轮外形表面质量等综合考虑, 45°入模角成形效果最好, 应选其为实验入模角。

2 微齿轮热挤压实验验证

采用H62黄铜坯料在650℃的等温条件下, 在热模拟实验机上进行试验, 挤出齿顶圆直径d=1mm齿轮柱, 微型齿轮成形效果良好, 齿形饱满, 齿根没有“死区”剪烈和折叠、挤压缩孔、轮廓清晰完整, 充填充分, 齿轮面没有纵向、横向裂纹、齿形无弯曲变形、以及粗晶环等, 实验结果较为理想, 微型齿轮柱实物图、截面电镜图如图9、图10所示。

3 结束语

微成形过程十分复杂, 现在微成形经验、实验方法比较欠缺, 采用传统的方法分析成形很困难, 运用DEFORM软件通过对微型齿轮挤压成形导入入模角进行数值模拟研究, 选择成形时性能较好45°入模角实验, 结果表明这种方式还是可行的, 设计方案是合理的。

DEFORM数值模拟能比较直观地描述微成形金属成形过程, 能为微成形优化设计提供较多依据, 如模具结构合理性, 产品成形缺陷状况、产品结构对产品质量的影响等, 为研究者提供了一些控制和优化的方法, 缩短了产品研发周期, 减少实验者大量劳力, 为人们带来经济效益, 很好地指导现实生产。

微成形技术和数值模拟是新技术, 还有很多课题需要探讨, 因此, 需要更多对此有兴趣的研究人员参与、协作, 共同推动这些技术向更深层次领域发展。

摘要:对微型齿轮模具入模角挤压成形的影响进行有限元模拟, 利用DEFORM软件模拟其成形过程中的金属流动充填规律和变形中应力应变、载荷特征, 揭示了其微成形过程的变形机理, 选择合理入模角实验, 挤出形状良好的微型齿轮。

关键词:微挤压,入模角,数值模拟,微型齿轮

参考文献

[1]赵亚西, 童国权.微型齿轮挤压成形[J].模具工业, 2006, 32 (11) :48-50.

[2]付佳伟, 齐乐华, 周计明, 等.微挤压成形系统的设计与实现[J].塑性工程学报, 2010, 17 (1) :32-35.

[3]陈少东.ZL101半固态微成形本构模型与微齿轮挤压关键技术研究[D].上海:上海交通大学, 2013, 02:24-47.

[4]洪深泽.挤压工艺及模具设计[M].北京:机械工业出版社, 1996.

[5]李更新, 杨永顺.直齿圆柱齿轮温挤压数值模拟[J].模具制造, 2004 (1) :45-46.

齿轮模具 篇4

螺旋锥齿轮是实现相交(错)轴运动传递的关键部件。目前,螺旋锥齿轮热处理前轮齿加工主要采用铣削加工的方式,这种传统的加工方法材料利用率低、生产成本高,且因切断金属纤维流线而造成轮齿抗弯强度降低。螺旋锥齿轮锻造成形制造工艺作为一种先进制造技术能够有效地克服铣齿加工带来的缺陷。对于热锻成形螺旋锥齿轮来说,模具关键部位磨损引起的模具失效对模具寿命和锻造成本影响较大。迄今为止,国内外关于螺旋锥齿轮锻造方面的研究主要集中在锻造工艺、工件弹塑性变形规律以及模具结构设计等方面[1,2,3,4,5,6,7],模具寿命预测方面的研究鲜见报道。

本文基于修正的Archard理论[8],对商用软件Deform-3D进行二次开发,采用正交试验设计的方法,分别从齿模齿顶过渡圆弧半径、模具硬度、模具预热温度和锻造速度[9]四方面对模具易磨损位置的磨损量进行分析,以确定最佳工艺参数组合,进而提供了一种适合批量化生产工艺的模具寿命预测方法。

1 修正的Archard理论

螺旋锥齿轮的锻造成形属于近净成形范畴,即锻造后的齿轮在齿面上留有铣削加工余量,因此模具关键部位的磨损量的界定应考虑后续加工的稳定性,如齿模的齿顶位置磨损量的设定要考虑最终产品的全齿高,凸凹面磨损量的设定要考虑热处理后齿面精加工的加工余量。本文将模具磨损量超出界定区间时模具的使用时间定义为模具的使用寿命。

Archard模型是金属塑性成形过程中计算模具磨损量最常用的模型,其数学表达式见文献[10]。Archard模型中的模具硬度和材料特性的数值是固定的。在实际热锻生产中,模具的温度随着与坯料接触时间的长短而发生变化,模具的硬度和材料特性随着模具温度的变化而变化。Lee等[8]通过设定不同的模具温度进行磨损试验,分别对材料特性和模具硬度与温度之间的关系进行了研究,提出了一个修正的Archard模型:

式中,W为磨损量;K(T)为材料特性函数;H(T)为模具硬度函数;p为模具表面所受的压力;v为材料塑性变形沿模具表面的流动速度;T为模具的初始温度。

模具第i处第j时间段Δtj的磨损量为

模具第i处的总磨损量为

其中,模具压力pij和流动速度vij均可由模拟结果得到;n为模拟的总步数。

通过对Deform-3D进行二次开发,将式(3)编入Inter-Object Data Definition模块中。

2 正交试验优化设计

正交试验设计是利用正交表来安排试验,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分代表性的点进行试验,这些有代表的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点。正交试验设计是分析因式设计的主要方法。

随着计算机技术和有限元技术的发展,数值模拟的结果能够与实际情况相吻合,数值模拟已作为一种经济可行的试验手段取代了“试错法”试验方法。

根据修正的Archard模型,选取模具预热温度、模具硬度、锻造打击速度和齿顶过渡圆弧半径为研究对象。本文采用四因素三水平L9(34)的正交表[11]进行有限元数值模拟,因素表表头设计见表1,因素水平表见表2,考核指标为锻造成形载荷和关键位置的磨损量,这两个考核指标为望小特性值。正交表的设计见表3。

注:Kij(i=1,2,3)为各水平因素的偏差量总和,即i水平的j次目标考核量之和;S为偏差平方和。

3 有限元数值模拟模型的建立

目前,我国用于锻造的模具材料常为具有很好强韧性和热疲劳性能的合金模具钢4Cr5MoSiV1(相当于ANSI的H13),其化学成分见表4。

(%)

在螺旋锥齿轮锻造过程中,工件分别与模具和外界环境之间进行热交换,伴随着工件的塑性变形,工件自身也产生热量,使得模具表面的温度呈不均匀分布,这对模具的材料特性和模具的硬度等产生了较大影响。因此在模拟该锻造过程时,要进行弹塑性变形和热传递的耦合分析。

本文研究的齿轮产品为农用车后桥的螺旋锥齿轮从动轮,其几何参数见表5,材料为20CrMnTiH。根据齿轮直径和设备情况,该产品的锻造工艺分四步,分别为镦粗、冲孔、辗环、精锻,如图1所示。

通过UG建立冲头、齿模、工件以及下模的三维模型,考虑到计算精度和效率,取模型的1/9进行模拟分析,并采用半闭式锻造方式,模具装配示意图见图2。模型边界用刚性体施加对称约束,模具各构件之间建立接触约束,有限元模拟的工艺条件设置参数如表6所示。

4 数值模拟结果和正交试验分析

通过初步模拟,齿模磨损较大的部位为大端靠近齿顶处,如图3所示,齿模的大端靠齿顶部位与工件的接触时间长,造成模具硬度发生变化而导致此部位的模具磨损量较大。取易磨损的齿模大端靠近齿顶部位,选择完整齿形上的点1和点2作为研究对象,磨损量取两个点的平均值。

根据表3的9种工艺参数组合进行数值模拟,将得到的成形载荷和参考点处的磨损量记入表3。

根据正交试验设计的直观分析法,可以得到四因素与锻造成形载荷、四因素与磨损量的关系,如图4所示,确定各因素的最佳水平组合如下:对于成形载荷来说,最佳水平组合为A3B3C2D3;对于磨损量来说,最佳水平组合为A3B3C3D2。

根据正交试验设计的方差分析法,可以得到各因素对考核指标的显著性关系,如表7所示。设定方差来源的偏差平方和的最小值为误差偏差平方和。对于成形载荷来说,因素A、C和D高度显著,B不显著;对于磨损量来说,因素B高度显著,A较为显著,C和D不显著。

注:**号表示高度显著;*号表示显著;[*]表示较为显著;e指误差项;F指方差比。

通过正交试验的直观分析和方差分析可知,对于多指标的正交设计,要综合考虑各因素对考核指标的影响。模具寿命是首要考察的指标,其权重要比成形载荷的权重大,因素B对于磨损量来说是主要因素,故选B3,因素A对磨损量的影响较为显著,故选A3;对于成形载荷来说,C和D的影响相似,故选C2和D3。最终确定最佳因素组合为A3B3C2D3。

按最佳因素组合进行数值模拟,最大成形载荷为3310kN,则锻造整个轮坯所需要的成形载荷为29 790kN,各测量点的磨损量及相应的模具寿命见表8。

5 工艺试验

在2500T电动螺旋压力机上进行该产品的锻造试验,齿模在高速铣削加工中心上进行热处理后齿形的精加工。为防止辗环件的氧化皮影响精锻齿形,辗环件粗车后再放入中频炉中加热,加热温度为980℃。以石墨为润滑基,精锻2200次(锻造工件数量约2200件)后的齿模如图5所示,可以看出齿模大端齿顶及齿顶两侧的齿面位置磨损量比较大,齿根部位仍能分辨出精加工的走刀痕迹。界定齿面的最大磨损量为0.20mm,即齿面热处理后齿面精加工量最大值为0.20mm。按数值模拟的计算结果打击2200次,模具磨损量约为0.029mm,经齿轮测量中心测量,齿面最大磨损量为0.033mm。

6 结论

(1)基于修正的Archard理论和正交试验优化分析法,本文对影响模具寿命的四个工艺因素进行了研究,最终确定了最优的工艺因素组合方案,提出了一种优化锻造工艺并预测模具寿命的方法。对模拟结果和正交试验设计结果进行分析可知,模具寿命最主要的影响因素为模具硬度和齿模齿顶过渡圆弧半径。

(2)与试验结果的对比分析表明,本文提出的预测模具寿命的方法能够有效地指导批量化生产工艺,在仅考虑磨损的情况下,能较为准确地预测齿模的磨损量和模具寿命,从而为锻造螺旋锥齿轮工艺优化和模具寿命的预测提供了一种可行的方法。

参考文献

[1]田福祥,闫闵.新型螺旋伞齿轮坯锻模设计[J].热加工工艺,2006,35(13):92-94.Tian Fuxiang,Yan Min.Design of New Type of Forging Dies for Blank of Helical Bevel Gear[J].Hot Working Technology,2006,35(13):92-94.

[2]王华君,夏巨谌,钱应平,等.主动螺旋伞齿轮闭塞模锻物理模拟[J].华中科技大学学报(自然科学版),2005,33(8):78-80.Wang Huajun,Xia Juchen,Qian Yingping,et al.Physical Simulation of No-flash Die Forging of Spiral Bevel Driving Gear[J].Journal of Huazhong University of Science&Technology,2005,33(8):78-80.

[3]王华君,华林,夏巨谌.主动螺旋伞齿轮闭塞挤压成形分析[J].农业机械学报,2006,37(11):133-136.Wang Huajun,Hua Lin,Xia Juchen.Forming Analysis of Closed Die Extrusion for Spiral Bevel Driving Gear of Automotive Final Drive[J].Transactions of the Chinese Society for Agriculture Machinery,2006,37(11):133-136.

[4]罗善明,方媛.弧齿锥齿轮精锻成形工艺的数值模拟[J].中国机械工程,2009,20(4):485-487.Luo Shanming,Fang Yuan.Numerical Simulation on Precision Forging of Spiral Bevel Gears[J].China Mechanical Engineering,2009,20(4):485-487.

[5]王华君,孙世为,夏巨谌,等.螺旋伞齿轮摆动辗压试验[J].农业机械学报,2006,37(7):171-173,157.Wang Huajun,Sun Shiwei,Xia Juchen,et al.Rotary Forging Experiment in Spiral Bevel Driven Gear[J].Transactions of the Chinese Society for Agriculture Machinery,2006,37(7):171-173,157.

[6]罗善明,何旺枝,薛冰,等.弧齿锥齿轮精锻成形模具磨损特性分析[J].机械传动,2011,35(1):52-54,65.Luo Shanming,He Wangzhi,Xue Bing,et al.Analysis of Die Wear for Precision Forging of Spiral Bevel Gear[J].Journal of Mechanical Transmission,2011,35(1):52-54,65.

[7]李亚敏.螺旋锥齿轮摆辗成形关键技术研究[D].武汉:武汉理工大学,2009.

[8]Lee R S,Jou J L.Application of Numerical Simulation for Wear Analysis of Warm Forging Die[J].Journal of Materials Processing Technology,2003,140:43-48.

[9]Kim D H,Lee H C,Kim B M,et al.Estimation of Dieservice Life against Plastic Deformation and Wear during Hot Forging Processes[J].Journal of Materials Processing Technology,2005,166:372-380.

[10]李安,张金中,等.应用摩擦学[M].东营:石油大学出版社,1996.

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