大模数直齿圆柱齿轮精锻数值模拟及模具设计.pdf

7 0 重 型 机 械 大模数直齿 圆柱齿轮精锻数值模拟及模具设计 田 维 ，安喜梅 ，程旺军 ( 1 中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 7 1 0 0 3 2 ； 2 中国石油长庆油田分公司物资采购管理部，陕西 西安 7 1 0 0 1 8 ) 摘要：采用闭塞式精密模锻技术的4 0 C r 直齿圆柱齿轮，设计了一种全新的圆柱直齿轮温精锻 成形模具，利用 U G软件对模具结构进行三维造型 ，通过有限元分析软件 D E F O R M- 3 D对精锻成形过 程进行数值模拟，得到了齿轮成形过程的等效应力图和变形速度图。结果表明：采用闭塞式温镦挤复 合成形工艺，能够得到齿形完整，强度和精度较高的齿轮产品。 关键词：直齿圆柱齿轮；闭式精密模锻 ；模具设计 ；数值模拟 中图分类号 ：T G 3 7 6 2 文献标识码 ：A 文章编 号 ：1 0 0 1 1 9 6 X( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 7 0 0 4 Nume r ica l s imu l a t io n a nd d ie d e s ig n o f big mo du l e s p ur g e a r f o r pr e c is io n f o r g in g T I A N We i ， A N X i m e i ， C H E N G Wa n g j u n ( 1 C h i n a N a t i o n al H e a v y Ma ch i n e r y R e s e a r ch I n s t it u t e C o ，L t d ， X i a n 7 1 0 0 3 2， C h in a ； 2 P e t r o C h i n a C h a n g q in g O i l f ie l d B r a n ch ， Ma t e ria l P u r ch a s i n g M a n a g e me n t ， X i a n 7 1 0 0 1 8 ， C h i n a ) Ab s t r a ct ： T h e cl o s e d d ie p r e cis io n f o r g in g wa s a d o p t e d t o ma n u f a ct u r e s p u r g e a r wh o s e ma t e r ial is 4 0 C r A n e w d ie s t r u ct u r e f o r cl o s e d - d i e w a r l T l p r e ci s i o n f o r g i n g o f s p u r g e a r wa s d e s i g n e d T h r e e d i me n s io n al mo d e l in g o f t h e d ie s w a s cr e a t e d b y UGT h e p r e cis io n f o r g in g p r o ce s s wa s s imu l a t e d b y t h e F E M s o f t wa r e D EF O RM一 3 D， wh ich t h e d is t ri b u t io n s o f e q u iv ale n t s t r e s s a n d v e l o c it y fi e l d in t h e s imu l a t e d f o r g in g p r o ce s s we r e a cq u ir e d T h e r e s u l t s h o w s t h a t t h e co mp l e t e t o o t h，h ig h s t r e n g t h a n d p r e cis io n o f s p u r g e a r p r o d u ct s ca n b e o b t a in e d b y u s in g cl o s e d - d ie u p s e t t in g - e x t rus io n co mp o u n d f o r min g t e ch n o l o g y Ke y wo r d s ： s p u r g e a r ；cl o s e d d ie p r e cis io n f o r g in g ；d ie d e s ig n；n u me r ica l s imu l a t io n U 丹 IJ舌 齿轮作为一类传递运动和动力 的零件 ，广泛 应用在汽车 、化工 、仪 表及航空航 天等 工业领 域。齿轮 的制 造方法有很 多种 ，如 ：切 削加工 法、铸造法及锻造法等。切削加工法生产齿轮， 其材料利用率和生产效率较低；铸造法主要生产 一 些形状 比较复杂，外形尺寸 比较大的齿轮 ，但 铸造齿轮强度低 ，缺陷多 ，废品率较高 ；锻造法 主要生产一些对强度要求比较高的齿轮 ，如汽车 收稿 日期 ：2 0 1 50 82 7；修订 日期 ：2 0 1 5-0 91 8 作者简介 ：田维 ( 1 9 7 7一)，女 ，中国重型机械研究 院股份公 司 工程师，注册设备监理工程师，高级设备监理师。 变速箱 ，减速机 ，齿轮箱等 j 。锻造法生产齿 轮包括很多种类型 ，比如 ：普通锻造 ，半精密锻 造和精密锻造等 5 一 。目前 ，精密锻造法生产的 全纤维齿轮因其高精度 ，高强度和较高的材料利 用率 ，越来越受到广大专家学者和工程技术人员 的青睐；加快开发与齿轮精锻有关 的新技术、新 工艺 已经成为当前我国齿轮制造行业所面临的最 紧迫任务 。 。 。本文利用数值模拟软件对 4 0 C r 直齿 圆柱齿轮的精锻成形过程进行模拟分析 ，设 计了直齿圆柱齿轮精密锻造成形模具。 1 工艺分析及计算 直齿 圆柱齿轮在结构上属于回转体 ，精锻时 2 0 l 6 N O 2 重 型 机 械 7 3 参考文献 ： 1 陈晓伟， 池成忠，白庆平齿轮温锻组合凹模设计 J 精密成形工程 ， 2 0 1 1 ( 0 5 ) ： 3 9 4 7 2 夏巨谌中国模具工程大典( 第五卷) M 电子工 业出版社 ， 2 0 0 7 3 吕炎精密塑性体积成形技术 M 北京 ：国防工 业 出版社 ， 2 0 0 3 4 谭险峰 ， 林治平直齿圆柱齿轮精锻模设计 J 模具工业 ， 1 9 9 8 ， 2 0 4 ( 2 ) ： 3 53 6 5 程旺军，池成忠， 王永祯 ， 等坯料形状对多排链 轮半精锻成形过程影响的数值模拟 J 锻压技 术， 2 0 1 5 ， 4 0 ( 1 ) ： 1 3 01 3 6 6 C h e n g Wa n g j u n ，C h i C h e n g z h o n g ，Wa n g Y o n g z h e n ， e t a 1 V o l u me ca l cu l a t i o n o f t h e s p u r g e a r b i l l e t f o r co l d p r e cis i o n fo r gin g w it h a v e r a g e ci r cl e m e t h o d J I n t e r n a t i o n al J o u r n al of C o al S cie n ce& T e ch n o l o g y 2 0 1 4 ， 1 ( 4 ) ： 4 5 6 4 6 2 7 池成忠， 许树勤齿轮半热精锻件的齿形设计 J 锻压机械 ， 1 9 9 7 ( 5 ) ： 1 51 7 8 张清萍，赵国群，栾贻国， 等直齿圆柱齿轮精锻 成形工艺及三维有限元模拟 J 塑性工程学报， 2 0 0 3 ， 1 0 ( 1 ) ：1 31 8 9 DJ P o l it is ， J L in ， T AD e a n ， e t a 1 A n i n v e s - t i g a t io n i n t o t h e for g in g o f B i - m e t al g e a r s J J o u rnal of Ma t e ri al s P r o ce s s in g T e ch n o l o g y ， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 2 2 4 8 2 2 6 0 1 0 王忠雷， 赵国群精密锻造技术的研究现状及发展 趋势 J 精密成形工程 ， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 3 2 3 8 1 1 邱德花， 边翊，钟志平，等直齿锥齿轮预锻齿形 优化设计 J 锻压技术 ， 2 0 1 2， 3 7 ( 3 ) ： 0 7一l 0 1 2 C h e n g Wa n g j u n ，C h i C h e n g z h o n g ，Wa n g Y o n g z h e n ， e t a13 D F E M s imu l a t io n o f fl o w v e l o cit y fi e l d f o r a 5 0 5 2 alu min u m all o y mu l t i- r o w s p r o ck e t in co l d s e mi- p r e cis io n f o r g in g p r o ce s s J T r a n s a ct i o n s of N o n f e r o u s Me t als S o cie t y o f C h in a ， 2 0 1 5 ( 2 5 ) ： 9 2 6 9 3 5 1 3 方泉水 ， 辛选荣， 刘汀，等直齿圆柱齿轮浮动凹 模冷闭式镦挤成形数值模拟分析 J 锻压技术 ， 2 0 0 7 ， 3 2 ( 2 ) ：1 2 21 2 5 1 4 B I T o m o v ， V I G a g o v ， R H R a d e v N u m e fi cal s imu l a t io n s of h o t d ie for g in g p r o ce s s e s u s in g f in it e e l e m e n t me t h o d J J o u r n al o f Ma t e ria l s P r o ce s s i n g T e ch n o l o gy， 2 0 0 4 ( 1 5 3 ) ： 3 5 23 5 8 1 5 O E y e r cio g l u ， MAK u t u k ， N F Y i l