直齿圆柱齿轮冷滚打成形温度场分布规律研究

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冷滚打成形技术是金属塑性成形技术和轧制技术相结合的一种近净成形的零件加工方法,成形过程主要利用高速旋转的滚打轮对齿轮毛坯进行连续的击打和滚压,迫使金属发生塑性变形,形成所要的轮廓形状的一种塑性成形的方法。冷滚打成形过程是一个耦合物理非线性和几何非线性的过程,成形的边界条件具有动态变化的特点,成形过程研究较为困难。本文针对直齿圆柱齿轮冷滚打成形过程进行研究,以成形过程中温度场分布规律为主要研究内容,为该项技术的应用和发展奠定基础。  分析了齿轮冷滚打成形过程中的几个基本假设,对刚塑性的材料边界问题和摩擦边界条件进行了合理的简化和假设;根据傅里叶方程和热传导过程中的能量守恒定律,建立了齿轮冷滚打成形过程温度场的传导微分方程,根据冷滚打过程中热传导的状况,建立了齿坯的热传递方程和由于摩擦而产生热量的热传导方程。  分析齿轮冷滚打成形过程中的成形原理,成形过程中滚打轮、齿坯之间的运动关系,研究了滚打过程中滚打轮数量和滚打轴转动、齿坯转动之间的传动关系,利用倾斜安装滚打轮的方式,解决齿轮冷滚打过程中所产生的干涉现象,保证冷滚打的顺利进行。  以有限元分析和实验相结合的方法,研究了齿轮冷滚打成形温度场分布规律。基于有限元分析软件ABAQUS为平台,建立齿轮冷滚打成形模型,对其成形过程进行了有限元分析,重点研究不同的工艺参数,如滚打轮的转速、滚打轮的约束方式、材料参数、进给量以及摩擦系数等对齿轮冷滚打成形过程中温度场的影响,并通过实验的方法对有限元分析的结果进行了验证,实验结果和有限元分析结果表明:齿轮冷滚打成形过程中,由于滚打轮和齿坯发生剧烈的塑性变形和摩擦,使得齿坯温度上升;温度最高点位于滚打轮和齿坯瞬间接触的区域;零件表面温度上升不高,远远低于相变温度,在冷滚打成形前后,金属晶粒内部组织未发生变化;由于滚打轮和齿坯之间以及滚打轮内部、齿坯材料内部的热传导作用,使得冷滚打成形过程中成形初期温度最高,随时间推移,在稳定成形阶段温度会不断下降并趋于稳定。
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