直齿轮冲挤――镦挤成形过程数值模拟分析.pdfVIP

舒●■■■■■■●■■■●■■■■● 文章编号：1672-0121(2009)04—0059—03 直齿轮冲挤一镦挤成形过程数值模拟分析 谭险峰，刘霞，周庆 (南昌航空大学材料科学与工程学院，江西南昌330063) 摘要：针对直齿轮精锻成形工艺存在齿形充填困难和成形载荷大的两个问题，本文采用三维有限元分析 软件DEFORM-3D对浮动凹模形式下，直齿轮冲挤一镦挤成形过程进行了数值模拟。通过分析金属材料内 部的应力场、应变场的分布，挤压载荷和温度的变化，以及工艺参数对成形过程的影响。认为采用浮动凹模结 构不仅有利于齿腔角部金属的充满，还可以极大地降低金属在成形终了阶段的变形力，从而为直齿轮精锻成 形工艺的实用化提供了理论指导。 关键词：机械制造；精锻；直齿轮；数值模拟 中图分类号：TG316．3 文献标识码：B 1引言 工艺过程如下：带台肩冲头1在冲挤过程结束后，推 近年来，国内外对直齿轮精锻成形工艺的研究 动活动凹模镶块2一起朝下运动，整个凹模接触面 取得了一定的成果，但仍不能广泛应用于实际生产 上的摩擦力的方向与金属流动方向一致，在上腔惯 过程，主要存在齿形充填困难和成形载荷大两个主 性效应和下腔积极摩擦双重作用下，使得工件两端 要问题。由于计算机软硬件技术的发展和金属塑性 的充填更容易。 成形理论的成熟，以有限元为代表的数值模拟技术 得到了迅速发展。应用三维有限元数值模拟技术研 3有限元模拟条件 究直齿轮的精锻成形过程。可以获得许多通过实验 以模数2．5、齿数l 8的某厂拖拉机减速／1TM．齿轮 无法得到或很难得到的信息，例如：材料的塑性变形 (图2)为例进行模拟分析。根据坯料外径等于齿轮 行为、流动规律、温度变化、内部应力、应变分布、模 的齿根圆直径设计原则和体积不变条件，确定采用 具载荷等，从而可优化工艺参数和模具结构设计11。 因此，本文采用三维有限元分析软件DE— 铝。由于该齿轮具 FORM-3D对浮动凹模形式下，直齿轮冲挤—镦挤 有对称性，为旋转 成形过程进行数值模拟，通过分析各工艺参数对成 周期结构的特点。 形过程的影响，为直齿轮精锻成形实用化工艺的实 故选取整个实体 施提供了理论支持。 模型的I／18作为 模拟x,-J-象，并采用 2工艺方案 四节点实体单元 图2减速小齿轮零件图 保证在齿腔完全 进行网格划分，体 充满的条件下降低工 单元数为30000。当变形过程中网格畸变较大时，系 作压力，是解决齿轮 统自动重划分网格[41。图3为网格划分后的工件模 精锻成形问题的关键 型。图4为模拟时模具与工件模型。由于模拟的是单 所在。本文选用图1 图1浮动阴模原理 个齿的成形过程，因此，边界条件的设定是模拟 所示