利用局部加载法冷精锻圆柱直齿轮

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1、浙江科技学院学报，第２１卷第３期，２００９年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．２１Ｎｏ．３，Ｓｅｐ．２００９利用局部加载法冷精锻圆柱直齿轮王岗超，聂爱琴，薛克敏，许峰，李琦（合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥２３０００９）摘要：冷精锻圆柱直齿轮具有齿腔充填困难、成形力大及模具寿命低等技术难题。对此，提出了传统封闭式冷锻-局部加载终锻二步锻造工艺。利用数值模拟方法分析了局部加载终锻的变形过程、等效应变和成形载荷，并与封闭式冷锻成形圆柱直齿轮进行了对比，结果表明：利用局部锻造工艺作为终锻，不但齿腔充填良好，而且

2、能极大地降低成形力和单位压强；局部加载成形的齿轮齿形部分变形大、组织好。关键词：圆柱直齿轮；局部加载；冷精锻；数值模拟中图分类号：ＴＧ３１６文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-８７９８（２００９）０３-０２４９-０３Coldclosed-dieforgingofspurgearbylocalloadingprocessＷＡＮＧＧａｎｇ-ｃｈａｏ，ＮＩＥＡｉ-ｑｉｎ，ＸＵＥＫｅ-ｍｉｎ，ＸＵＦｅｎｇ，ＬＩＱｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）Abstr

3、act：Ａｉｍｉｎｇａｔｒｅｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｌａｒｇｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｉｎｓｕｆｆｉ-ｃｉｅｎｔｆｉｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅｔｏｏｔｈｃａｖｉｔｙａｎｄｓｈｏｒｔｌｉｆｅｏｆｄｉｅｓ，ａｔｗｏ-ｓｔｅｐｆｏｒｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｆｉｒｓｅｓｔｅｐｉｓｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｌｏｓｅｄｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓｔｅｐｉｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｕｔｉｌｉｚｉｎｇｌｏｃａｌｌｏａｄｉｎｇ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈ

4、ｉｓｔｗｏ-ｓｔｅｐｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄａｎｄｌｏａｄ-ｓｔｒｏｋｅｃｕｒｖｅａｒｅｉｎ-ｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｔｈａｔｂｏｔｈｓｔｅｐｓａｒｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｌｏｓｅｄｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄｉｓｉｎｆａｖｏｒｏｆｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｒｎｅｒｆｉｌｌｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｓｐｅ-ｃｉｆｉｃｌｏａｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｏ

5、ｏｔｈｔｈａｔｆｏｒｇｅｄｂｙｌｏｃａｌｌｏａｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｒｅｍｏｒｅｓｅ-ｖｅｒｅ．，ａｎｄｓｏ，ｔｈｉｓｔｏｏｔｈｈａｖｅｈｉｇｈｅｒｑｕａｌｉｔｙ．Keywords：ｓｐｕｒｇｅａｒ；ｌｏｃａｌｌｏａｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ；ｃｏｌｄｃｌｏｓｅｄ-ｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ精锻成形工艺通常用来制造一些外形较为复杂成形工艺及切屑加工相比，冷精锻成形具有节省材［１］且要求净成形或近净成形的零部件。２０世纪８０料、减少加工工序、节省工时及锻件质量高等优点。年代末，国内外提出了用塑性成形的方法直接成形齿但是齿轮冷精锻具有变形抗力大、齿腔充填困

6、轮。齿轮冷精锻就是其中比较先进的一种。与其他难及模具寿命低等技术难题。为了解决这些难题，收稿日期：２００９-０６-１１基金项目：安徽省科技攻关计划项目（０８０１０２０２１３２）作者简介：王岗超（１９８５—），男，河北邯郸人，硕士研究生，研究方向为精密塑性成形工艺及成形过程数值模拟。通讯作者：薛克敏，教授，博士生导师，主要从事精密塑性成形工艺与仿真研究。２４８浙江科技学院学报第２１卷国内外提出了一些先进的工艺，例如浮动凹模和分个齿的成形。运用Ｄｅｆｏｒｍ３Ｄ软件采用刚塑性有限流法等，但是这些工艺在解决降低成形力和提高模元数值模拟。坯料可视为塑性材料，选用美国标准具寿命方面依然不是很理想

7、。为此，本文研究了局ＡＩＳＩ-１０１０，采用软件库中自定义的本构关系模型。［２］部加载法配合浮动凹模冷精锻直齿轮工艺，并通模具可视为刚性材料，成形温度选为室温２０℃，忽［４］过有限元模拟与只采用浮动凹模的闭式冷锻工艺进略温度效应。直齿圆柱齿轮冷精锻属于有润滑行了对比。的冷态塑性成形，摩擦因子设置为０．１２。上模和浮动凹模下行速度均为５ｍｍ／ｓ。1局部加载工艺介绍２种方案的预终缎模型如图２所示。区别是方案本文提出的局部加载工艺是先采用封闭式冷锻１终锻上凸模是