傘齒輪閉式模鍛工藝設(shè)計的有限元分析

摘要
在這篇論文中，用三維有限元模擬，來實(shí)現(xiàn)汽車傳動系統(tǒng)的傘齒輪模鍛工藝設(shè)計，傘齒輪模鍛工藝設(shè)計的變數(shù)取決于壓力類型，沖壓位置，坯料直徑，在三維有限元模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)拇_定沒有缺陷的工藝設(shè)計，缺陷包括：充不滿、皺褶。此外，通過設(shè)計一套模具包括（模芯，應(yīng)力環(huán)），傘齒輪冷鍛試驗(yàn)，來估計效能所設(shè)計的進(jìn)程，從實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)傘齒輪輪齒完全成形，沒有任何成形缺陷，盡管在鑄件中存在飛邊以及沖壓過程中因?yàn)槲⑿〉牟町惗鴮?dǎo)致的破碎，通過實(shí)驗(yàn)和有限元模擬的結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)要增加箝位力應(yīng)該改進(jìn)模具箝位裝置和保險裝置
關(guān)鍵詞： 傘齒輪，閉式模鍛，工藝設(shè)計，模具設(shè)計，有限元分析
1引言
差動錐齒輪，廣泛使用在自動移動傳輸結(jié)構(gòu)中（各種各樣的傘齒輪廣泛應(yīng)用于汽車運(yùn)輸領(lǐng)域），常規(guī)的制造方法是機(jī)械加工。但隨著市場對生產(chǎn)成本的要求提高，冷鍛加工已逐漸成為一種替代方法。冷緞的優(yōu)勢在于可獲得良好的表面光潔度、力學(xué)性能及尺寸精度。尤 其 是 ，閉式模鍛實(shí)現(xiàn)了凈形而減少了成本，這已是眾所周知。不過，閉式模鍛具有較高的風(fēng)險，在變形過程中由于存在較高的成形載荷及模具閉模力，易造成下模破裂。該工藝要實(shí)現(xiàn)較高的生產(chǎn)率和工藝優(yōu)勢必須有熟練的工藝及模具設(shè)計技巧。
隨著計算機(jī)處理技術(shù)的發(fā)展，為縮短開發(fā)時間和成本，計算機(jī)輔助工程，如有限元分析與工藝設(shè)計系統(tǒng)，已有效的應(yīng)用在金屬成形領(lǐng)域。有限元分析為一個模具設(shè)計師提供了很多的成型知識，比如：材料的屬性，應(yīng)力的分布，應(yīng)變以及模具未經(jīng)實(shí)驗(yàn)而產(chǎn)生的彈性回彈。因此，許多研究人員很重視有限元模擬在齒輪制造業(yè)方面的應(yīng)用，同時，申請了一個工藝設(shè)計系統(tǒng)，SONG和IM已經(jīng)確定了一個主要參數(shù)，來預(yù)言有限元模擬齒輪齒模下充填的風(fēng)險，他們通過主要的設(shè)計參數(shù)來開發(fā)工藝設(shè)計，但是，只有很少關(guān)于傘齒輪工藝設(shè)計的研究報道
在研究中，傘齒輪閉式模鍛的工藝設(shè)計，利用三維有限元模擬和實(shí)驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)這些目的 ，對于一個有10 齒的球形傘齒輪，壓力類型，沖壓位置，坯料直徑?jīng)Q定了閉式模鍛的工藝變量和成型能力，所有這些都可以利用有限元模擬來研究，通過有限元模擬冷緞模具裝置，基于單向鍛造工藝過程來預(yù)測缺陷，所有這些都根據(jù)實(shí)證模具設(shè)計方程來實(shí)現(xiàn)，用AISI1020這種材料對傘齒輪進(jìn)行冷緞實(shí)驗(yàn)，從而估計工藝設(shè)計的有效性。從實(shí)驗(yàn)中，通過閉式模鍛工藝設(shè)計，發(fā)現(xiàn)傘齒輪齒完全成型后，工作部分沒有缺陷，但是，沖壓不當(dāng)導(dǎo)致齒輪鍛造后產(chǎn)生飛邊和破裂。