从动螺旋锥齿轮双锥辊辗压成形工艺优化及模具型腔精确设计方法研究

摘要

螺旋锥齿轮被广泛应用于汽车、拖拉机、工程车、军用车等行走机械的车桥中，是重要的机械零部件。长期以来，从动螺旋锥齿轮的加工方法主要以切削加工为主，不仅材料利用率低，而且生产效率低、成本高、造成了环境污染。双锥辊辗压从动螺旋锥齿轮成形技术是一种塑性成形螺旋锥齿轮的新技术，相比于传统的切削加工方法，具有节能、节材、高效的优点。但螺旋锥齿轮双锥辊辗压成形技术存在着齿形充填困难、模具寿命低、模具型腔的精度不高等问题，严重制约了该项技术的推广与应用。
　　本文首先利用Soliworks软件建立了螺旋锥齿轮的三维模型，并设计了螺旋锥齿轮锻件和模具的模型，在DEFORM-3D中对螺旋锥齿轮双锥辊辗压成形过程进行了数值模拟，得到了齿形的充填规律和成形的螺旋锥齿轮锻件的弹性回复规律，结果表明：随着辗压温度的升高，螺旋锥齿轮锻件的齿高逐渐增加；螺旋锥齿轮锻件齿形凹面和凸面弹性回复的偏差值从大端到小端逐渐减小，且齿顶处弹性回复量最小，齿根处的弹性回复量最大。
　　其次，采用点追踪的方法，对型腔的齿根应力进行了分析，获得了型腔齿根应力分布特点，计算并分析了型腔齿根各段的不均衡应力，得出型腔齿根中段部分容易发生塑性变形或破裂，为从动螺旋锥齿轮双锥辊辗压成形模具的长寿命设计提供了参考。
　　再次，以辗压温度、模具型腔的进给速度、摩擦系数为试验因素，以模具型腔在成形过程中受到的应力及成形的螺旋锥齿轮的齿高为试验指标，设计了三因素三水平的正交试验方案，对螺旋锥齿轮双锥辊辗压成形过程进行工艺优化。结果表明：各工艺参数对模具应力及齿轮锻件齿高的影响程度的大小的顺序依次为成形温度>下模型腔进给速度>摩擦因子。
　　最后，对成形过程中模具型腔的弹性变形行为进行研究，得到了型腔弹性变形规律。采用反向叠加修正的方法，并利用Matlab软件进行数据处理，将型腔的弹性变形量和从动螺旋锥齿轮锻件的弹性回复量反向叠加至模具型腔，实现了双锥辊辗压螺旋锥齿轮模具型腔的精确设计。