【摘 要】
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冷滚打成形作为一种新型的近净成形技术,是通过高速旋转的滚打轮对制件进行断续的击打和滚压作用,迫使制件局部金属材料在常温条件下发生塑性流动,通过运动轨迹的叠加和变形的不断积累最终形成高性能制件。冷滚打成形技术展现出来的绿色、节能、高效等诸多优点与当今制造业的发展期趋势一致,在齿形零件的制造领域处于前沿位置。随着冷滚打成形技术研究的不断深入,成形过程中影响因素的多样性以及工艺参数之间的多重耦合作用使得
【基金项目】
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国家自然基金项目(项目编号:51475366、51475146); 陕西省自然科学基础研究计划项目(2016JM5074);
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冷滚打成形作为一种新型的近净成形技术,是通过高速旋转的滚打轮对制件进行断续的击打和滚压作用,迫使制件局部金属材料在常温条件下发生塑性流动,通过运动轨迹的叠加和变形的不断积累最终形成高性能制件。冷滚打成形技术展现出来的绿色、节能、高效等诸多优点与当今制造业的发展期趋势一致,在齿形零件的制造领域处于前沿位置。随着冷滚打成形技术研究的不断深入,成形过程中影响因素的多样性以及工艺参数之间的多重耦合作用使得精确控制成形质量成为冷滚打成形技术亟待解决的关键问题。因此研究冷滚打成形过程中工艺参数对制件成形质量的影响规律,具有重要的理论和工程实际意义。论文以冷滚打成形齿条为研究对象,采用有限元软件仿真分析及试验研究的方法,分析冷滚打成形工艺参数对成形力、成形精度及表面质量的影响规律,发现滚打轮公转转速与进给速度的交互作用是影响冷滚打成形过程的主要因素,引入滚打密度G(滚打轮公转转速n与进给速度vf之比)的概念。进一步分析不同滚打方式(顺打、逆打)及不同公转转速下滚打密度对成形力、廓形精度和表面质量等的影响规律,建立了冷滚打成形力、成形精度、表面质量的预测模型,并用遗传算法进行了特定条件下成形工艺参数优化。通过减小打入、打出部位金属变形体积,有效地抑制了不良变形的产生,提高了成形精度。对成形齿槽微观组织变形进行观察分析和硬度测量,获得成形过程中加工硬化层的分布规律。分析及试验结果表明,滚打密度对齿条成形过程有着显著的影响,随着滚打密度的增大,成形力减小,廓形精度提高;相同滚打密度下随着公转转速的增大成形力增大,成形精度提高;逆打方式下成形精度较高,但成形力较大。齿形表面粗糙度随着滚打密度的增大而减小,且逆打方式小于顺打方式;齿形表面硬化程度主要受到各变形区域变形程度及位错密度的影响,齿槽倒角处变形量最大,硬化程度最高;齿槽区域的硬化程度随着滚打密度的增大而减小,逆打方式下制件的硬化程度高于顺打方式。因此,为了提高齿条的成形质量应合理选取滚打方式和工艺参数。
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