傘齒輪閉式模鍛工藝設計的有限元分析

摘要
在這篇論文中，用三維有限元模擬，來實現(xiàn)汽車傳動系統(tǒng)的傘齒輪模鍛工藝設計，傘齒輪模鍛工藝設計的變數(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果的基礎上，適當?shù)拇_定沒有缺陷的工藝設計，缺陷包括：充不滿、皺褶。此外，通過設計一套模具包括（模芯，應力環(huán)），傘齒輪冷鍛試驗，來估計效能所設計的進程，從實驗中，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為微小的差異而導致的破碎，通過實驗和有限元模擬的結果對比，發(fā)現(xiàn)要增加箝位力應該改進模具箝位裝置和保險裝置
關鍵詞： 傘齒輪，閉式模鍛，工藝設計，模具設計，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構中（各種各樣的傘齒輪廣泛應用于汽車運輸領域），常規(guī)的制造方法是機械加工。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、力學性能及尺寸精度。尤 其 是 ，閉式模鍛實現(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計技巧。
隨著計算機處理技術的發(fā)展，為縮短開發(fā)時間和成本，計算機輔助工程，如有限元分析與工藝設計系統(tǒng)，已有效的應用在金屬成形領域。有限元分析為一個模具設計師提供了很多的成型知識，比如：材料的屬性，應力的分布，應變以及模具未經(jīng)實驗而產(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)方面的應用，同時，申請了一個工藝設計系統(tǒng)，SONG和IM已經(jīng)確定了一個主要參數(shù)，來預言有限元模擬齒輪齒模下充填的風險，他們通過主要的設計參數(shù)來開發(fā)工藝設計，但是，只有很少關于傘齒輪工藝設計的研究報道
在研究中，傘齒輪閉式模鍛的工藝設計，利用三維有限元模擬和實驗。為了實現(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測缺陷，所有這些都根據(jù)實證模具設計方程來實現(xiàn)，用AISI1020這種材料對傘齒輪進行冷緞實驗，從而估計工藝設計的有效性。從實驗中，通過閉式模鍛工藝設計，發(fā)現(xiàn)傘齒輪齒完全成型后，工作部分沒有缺陷，但是，沖壓不當導致齒輪鍛造后產(chǎn)生飛邊和破裂。