基于正交试验的某齿轮轴工艺参数优化.pdf

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1、文章编号：1672—0121(2014)02—0056—02基于正交试验的某齿轮轴工艺参数优化雷建波(海装重庆局，重庆400042)摘要：齿轮轴成形属于精密成形过程，其预制坯形状对终锻成形质量有至关重要的影响。本文以影响预制坯成形过程中的4个工艺参数——凸模速度、摩擦因数、预锻凸模拐角斜度、预锻凹模斜度为设计变量，终锻成形载荷与坯料充填情况为目标函数，利用正交试验，选用了4因素3水平进行试验方案设计，利用De~rm一3d软件分别模拟分析了各个不同试验方案，得到了最佳工艺参数组合，并通过模拟验证该优化方案的正确性。试验结果对生产实际具有一定指

2、导意义。关键词：锻造成形；齿轮轴；正交试验；工艺优化中图分类号：TG316文献标识码：A0引言据作简化处理，坯料设置为塑性材料、上下模具设置齿轮轴作为一种极为重要的传动零件，越来越为刚性体，坯料的网格划分为50000，步距0．5ram，多地应用于汽车、航天、仪表等行业，其产品质量要坯料材料选择为20CrMnTiH3，坯料温度设置为求也越来越高_l1。传统的齿轮轴的生产工艺，存在着800~C，凸模与凹模的温度设置为300℃，热交换系数产品质量较难保证、模具使用寿命有限、成形工艺需设置为5。较大的变现力的问题圜。在齿轮轴精密成形工艺中，1．2正

3、交试验其预制坯212艺在整个工艺中有着至关重要的影响_3J。正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计因而通过优化预锻工艺来提高齿轮轴生产质量，具方法，因而在进行试验设计之前，必须确定合理试有重要的现实意义。验因素及相应的水平数。本文在进行正交试验前，根本文针对某型号(如图1所示)的齿轮轴，对其据工艺生产实际情况作了相应的单因素试验分析，预制坯形状进行分析研究，为优化齿轮预制工艺参得出了凸模速度、摩擦因数厂、预锻凸模拐角处斜数，选取4个212艺参数——凸模速度、摩擦因数、预度d、预锻凹模斜度d：为设计变量。各因素的范围锻凸模拐角处斜度、预锻凹

4、模斜度为设计变量，终锻及水平，如表1所示。成形载荷与坯料充填情况(坯料表1试验因素和因子水平与模具最大距离)为目标函数，因素水平1水平2水平3运用正交试验，利用De~rm一3D，(mm／s)260280300软件分别模拟分析了各个不同{O-3O．5O．7试验方案，分析得出最佳的不同d1／。263035参数工艺参数组合，并分析不同dJ。357工艺参数对成形载荷已经成形质量的影响比重。图1齿轮轴根据以上的设计，本次试验设计采用4因素x5水平的L9(4。)试验表，如表2所示。试验方案的建立与设计有限元模型的建立2试验结果分析采用De~rm一3D进

5、行数值模拟分析，对相关数2．1极差分析利用极差分析法，分别分析了各个因素对成形日期：2013—09—24载荷和最大距离的影响程度，结果如表3、表4所示。简介：雷建波(1977一)，男，工程师，硕士，从事动力装备研究与制表中R为极差分析值，值越大则相应影响因素对造目标影响就越大，反之亦然。K表示工艺参数第i个表2正交试验方案与模拟结果试验号v／(mm／s){d1／。dJ。成形载荷xl03／t最大距离／mm1260O-32634．781．7522600．53056．171．763260O．73575．28l_7942800-33075．O01．

6、7752800．53556．181．796280O．72656．631．7673000_33555．721．78龃83000．52675．861．71(a)成形载荷效应图9300O．73035．961．74水平下质量指标的平均值。从表3可知，4个因素对成形载荷的影响程度依次是：摩擦因素>预锻凹模斜度>成形速度>预锻凸模斜度；同理从表4可知，4个因素对成形载荷的影响程度依次是：预锻凹模斜度>成形速度>预锻凸模斜度>摩擦因素。基于以上的分析可知，对齿轮轴成形质量影响比较关键的两个因素为预锻凹模斜度和成形速度。‘(b)最大距离效应图表3试验数据极

7、差分析结果(成形载荷)图2效应示意图成形载荷{dl从图3可知，此时坯料与模具型腔的最大距离15．4105．1675．7575．640小于lmm，充填情况比较好，成形载荷为4．5x10t，5．9376．0705．7106．173说明优化结果比较理想。K35．8475．9575．7275．380R0．5270．9030．0470．793、3总结表4试验数据极差分析结果(最大距离)(1)首次把数字模拟和正交试验的数学分析法最大距离{dl如相结合运用于对齿轮轴成形质量的工艺参数中。Kl1．7671．7671．7401．760(2)通过分析可知，影响

8、齿轮轴成形质量的关键1．7731．7531．7571．767因素为预锻凹模斜度和成形速度。31．7431．7631．7871．757(3)得到了生产齿轮轴预制坯的最佳工艺参数：R