小齿轮件冷挤压成形过程数值模拟

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1、学号：S15030280小齿轮件冷挤压成形硕士学位论文过程数值模拟小齿轮件冷挤压成形过程数值模拟王培安研究生姓名：王培安学科、专业：机械工程二O一八年六月分类号：密级：可公开UDC：编号：小齿轮件冷挤压成形过程数值模拟NUMERICALSIMULATIONOFCOLDEXTRUSIONFORMINGPROCESSOFSMALLGEARPARTS学位授予单位及代码：长春理工大学(10186)学科专业名称及代码：机械工程(080200)研究方向：现代机械设计理论与方法申请学位级别:硕士指导教师：吴淑芳

2、教授研究生:王培安论文起止时间：2016.09—2018.03长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《小齿轮件冷挤压成形过程数值模拟》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春

3、理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和CNKI系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日导师签名：年月日摘要本课题主要研究了小齿轮件的直齿齿轮和矩形花键部分的成形过程，在实际使用过程中对花键和齿轮的尺寸精度﹑形状精度﹑力学性能和表

4、面质量都有非常高的要求，大大增加了小齿轮件加工的难度。冷挤压成形技术是一种先进的小齿轮件加工成形工艺，而花键和齿轮在冷挤压成形过程中容易出现齿形充不满﹑塌角﹑损伤断裂和模具磨损等问题，给工艺设计和模具设计带来一定的困难。因为齿轮和花键在冷挤压成形过程中具有相似性，为了突出研究重点，论文侧重对小齿轮件花键部分的成形过程进行研究。论文通过研究小齿轮件的结构特点，对小齿轮件花键和齿轮成形问题进行工艺性分析，确定花键的加工方式为闭式冷挤压成形，并初步制定了小齿轮件的两种冷挤压成形工艺方案。然后进行数值模拟

5、研究，利用挤小端成品作为挤压花键的坯料，研究不同挤小端成品前端角度对花键成形质量的影响；然后讨论了花键在成形过程中不同凹模入口半角对花键变形程度﹑金属流动均匀性﹑成形载荷和凹模磨损的影响，采用点追踪的方法有效的判断单元体的变形程度，采用反求法研究花键凹模磨损的原因，作为选择合适的凹模入口半角的依据，最合适的凹模入口半角为20°。随后讨论了花键在成形过程中不同定径带的长度对花键是否有径向偏移趋势﹑填充不满﹑损伤断裂以及成形载荷过大的影响，采用速度场来判断花键是否有径向偏移趋势，采用可视化图和最小间距

6、共同判断花键齿形是否填充饱满，采用损伤因子与等效应力结合的方法有效的判断花键的损伤断裂情况，作为选择合适定径带长度的依据。最合适的定径带长度为3mm。在齿轮成形过程中对两种成形工艺方案出现的塌角缺陷﹑充填不满等问题进行分析，确定方案二为最优成形方案。最后，通过有限元数值模拟技术结合正交试验设计对花键挤压过程进行工艺参数优化，确定各因素对花键成形过程的影响程度，确定了摩擦因数0.08和凹模初始硬度63HRC为最优参数。本文研究结果对实际生产具有一定的指导意义。关键词:小齿轮件冷挤压数值模拟模具磨损正

7、交试验IABSTRACTThissubjectmainlystudiestheformingprocessofthespurgearsandrectangularsplinepartsofthepiniongearparts.Intheactualuseprocess,thereareveryhighrequirementsonthedimensionalprecision,shapeaccuracy,mechanicalpropertiesandsurfacequalityofsplinesan

8、dgears.Greatlyincreasedthedifficultyoftheprocessingofsmallgearparts.Coldextrusionformingtechnologyisakindofadvancedsmallgearpartsprocessingandformingprocess,andsplinesandgearsarepronetoproblemssuchastoothfillingfailure,collapseangle,damagefrac