基于凹模强度的圆柱直齿轮温精锻工艺分析

侯天鹏，池城忠，聂慧慧

（太原理工大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030024）

基于凹模强度的圆柱直齿轮温精锻工艺分析

侯天鹏，池城忠，聂慧慧

（太原理工大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030024）

运用三维刚塑性有限元计算软件Defrom－3D，对直齿圆柱齿轮温精锻成形过程进行模拟和变形抗力计算；将模腔充满度为99%时的单位成形力作为凹模载荷，利用Lame公式对组合凹模进行应力计算，比较了几种不同凹模结构对凹模受力的影响。

机械制造工艺技术；温精锻；圆柱直齿轮；数值模拟；模具强度

0 引言

作为传递运动和动力的关键零件,齿轮被广泛应用于车辆、船舶、机床等各类机械中。相比于传统的铣齿、插齿、滚齿、磨齿等机加工工艺，采用精密塑性成形可明显提高材料的利用率，特别是由于齿轮较好地保留了锻造流线组织，使其综合力学性能明显提高[1]，得到了学者的认同。

1 圆柱直齿轮成形工艺与三维有限元模拟分析

1.1 浮动凹模的选用

浮动凹模在改善齿腔填充和降低成形力方面已显示出优越性[2～5]。结合锻件及金属填充型腔的特点，凹模采用浮动结构。

1.2 有限元模型的参数选取

1.3 模具结构的提出和有限元模型的建立

上凸模为圆柱形棒，凹模和下凸模均采用标准齿形。上凸模和凹模以10mm/s速度下行来完成坯料齿形的填充。在三维造型软件Pro/E中建立有限元模型，保存为stl格式导入Defrom－3D软件中，有限元模型简图如图1所示。

1.4 有限元模拟结果分析

成形过程3个不同变形时刻对应锻件的变形如图2所示。……