基于DEFORM—3D的齿轮冲压成形的过程有限元分析

李心景　徐凯军

摘 要：本文提出了一种新型的齿轮成型方式——冲压成型，并尝试对这种成型方法进行有限元分析，探究这种成型方法的可行性与齿轮成型质量。利用了仿真软件DEFORM-3D，可以获取工件在成型过程中的变形、受力、断裂等相关信息，据此可以对材料的成型状态、成型质量做出初步的评估。

关键词：DEFORM-3D；齿轮；冲压；有限元

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.021

0 引言

齿轮是工业生产中不可或缺的一种零件，在机械设备的动力传动方面有着十分重要的作用。目前齿轮的成型工艺主要有展成法（包括插齿法、滚齿法等）和成型法（包括精密铸齿、磨齿机磨齿等），这些方法一般效率比较低，我们大胆地尝试一种新的齿轮的成型法——冲压成型法，并且检验这种方法的可行性。

1 理论分析

冲压过程用到三个工具——上模、下模和坯料。上模的轮廓做成齿轮的形状；下模做出齿轮形状的纵深缺口，棱边有圆角，上模可以压着坯料进入缺口；坯料是一块圆形金属板材，板材的厚度与成型齿轮的宽度相等。上模、坯料、下模按照从上到下的顺序依次排列。

2 仿真分析

2.1 3D建模

为了减少DEFORM-3D的计算量，在建立3D模型时，将建立好的圆柱齿轮分割为对称的8块，对其中的一块进行成型模拟，最后利用DEFORM-3D的镜像功能将这一小块进行复制，直到形成原来完整的模型。

要模拟齿轮成型，先要确定齿轮的参数，本文考虑的齿轮的参数主要有模数m、压力角α、齿数z、齿宽b等。

查阅 GB/T 1357-2008圆柱齿轮标准模数系列表可以了解到圆柱齿轮的模数有第一优选系列和第二优选系列。……