杯形薄壁梯形内齿轮旋压数值模拟及质量研究

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现代旋压技术是一种先进成形工艺,目前已成为小批量、多品种回转型薄壁壳体零件的重要加工方法。随着旋压技术的飞速发展和旋压产品范围的不断扩展,齿轮旋压技术的提出无论对旋压产品的拓展还是对齿轮制造技术的发展都是非常值得研究的新课题。本文针对杯形薄壁梯形内齿轮旋压成形技术展开了研究。本文的研究获得了国家自然科学基金项目“杯形薄壁内啮合直齿圆柱齿轮旋压成形机理及应用研究”(50475097)、广东省自然科学基金面上重点项目“杯形薄壁内啮合齿轮旋压成形机理及应用研究”(04105943)及广东省科技计划项目“齿轮制造业以旋压代替切削的关键工艺与装备技术研究及应用”(2006811901001)的资助。 内齿轮旋压技术是一种新型齿轮制造技术,揭示内齿轮旋压成形规律、和对内齿轮旋压件成形质量控制的研究不但能丰富旋压成形理论,而且对于指导内齿轮旋压生产、降低产品的试旋成本和提高旋压设备使用效率都具有重要意义。 本文采用有限元数值模拟和试验验证的手段对杯形薄壁梯形内齿轮旋压进行研究,包括以下部分: 1.对有限元模拟的关键技术进行了研究,着重阐述杯形薄壁梯形内齿轮旋压有限元模型的建立,对模拟中的网格划分、材料本构模型的确立、边界条件的施加、刚体运动的实现等关键技术进行了探讨,确保有限元模拟的准确性。 2.对杯形薄壁梯形内齿轮旋压进行了数值模拟,讨论了芯模齿形角、减薄率、进给比、旋轮圆角半径等工艺参数对杯形薄壁梯形内齿轮旋压件成形质量的影响。 3.在此基础上,进行了一系列工艺试验,以便和模拟结果进行对比分析,包括:(1)通过进行单道次拉深制坯工艺试验,获得该工艺试验的成形极限和最佳成形工艺参数;(2)通过杯形薄壁梯形内齿轮旋压工艺试验,分析工艺参数对工件质量的影响规律并将试验结果与模拟结果进行对比分析;(3)通过对梯形内齿轮旋压件旋压前后的组织结构、力学性能的分析,探讨了内齿轮旋压件旋压前后机械性能的差异。 通过以上分析表明,模拟结果与试验结果吻合良好,说明数值模拟方法在杯形薄壁梯形内齿轮旋压加工过程中具有实际的指导意义;通过结合数值模拟和工艺试验的方法,使内齿轮旋压工件质量控制有了理论指导并积累了实际生产经验。
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