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《中北大学》 2005年
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高性能直齿圆柱齿轮开放成形研究

张宝红  
【摘要】:齿轮精密成形具有产品性能好、生产率高、生产成本和能耗低、环境污染少等优点,但目前的成形方法由于成形力大,国内外尚无大模数齿轮精密成形用于实际生产的报道。本文围绕降低成形力、提高成形精度进行了以下几方面的研究: 提出了以“开放镦挤”和“轴向导流,径向分流”为主要内容的直齿圆柱齿轮开放成形新方法,并对新方法的内涵进行了研究:在影响塑性成形力的诸因素中,如金属的流动应力、坯料与模具的接触面积、摩擦力的大小和金属在模具中可自由流动的空间等,发现金属在模具中可自由流动的空间是影响成形力最主要的因素,为直齿圆柱齿轮精密塑性成形新方法的研究从理论层面提出了研究方向;“开放镦挤”的开放量与随后的整形量是一对相互制约的参数,在一定条件下有一个最佳值;通过“逐次控制变形”方法合理分配温成形和冷整形的变形量,可进一步降低开放成形力,并成形出高精度的齿轮;“推挤成形”从模具结构上保证了“轴向导流,径向分流”新方法的实现,并且坯料成形后直接从凹模下方推出,解决了齿轮精密成形顶出力大的问题。 用商业化软件对开放成形过程进行了数值模拟分析,结果表明:开放镦挤成形时齿形开放率是影响成形力最主要的因素,它不依齿轮参数、设备工作参数变化而改变。成形时摩擦力的减小、齿轮中心孔径的增大也可明显降低成形力,变位系数的增加将有利于成形力的降低。实验证明,数值模拟结果与实际成形情况较吻合,误差小于 8%。并提出了齿形开放率与单位成形压力之间的关系,该关系式在开放率小于 80%时与数值模拟结果吻合度较好,尤其是开放率小于 10%时误差小于 5%。 当齿形开放率为 5%左右时,不但成形出的齿形质量好,而且避免了成形力的陡增。本文提出的齿形开放率与单位成形压力之间关系式不但具有理论意义,而且有实际应用价值。 根据数值模拟和实验研究,模数在 2~6mm 之间时,推挤整形较佳工艺及模具参数为:齿形整形量在能够发生塑性变形的前提下越小越好,凹模锥角为 5o~7o,定径带的高度为 5~8mm。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TH132.41

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