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斜齿圆柱齿轮作为一种重要的传动部件,已经被广泛应用于机械和汽车工业领域。传统的斜齿圆柱齿轮加工方法为机加工和精密锻造,然而这些加工方法或者耗时较长,或者加工的零件质量差且所需的成形载荷较大。精冲是一种既能节约成本又能获得高精度零件尺寸的精密成形技术,然而由于模具直线型运动方式的限制,其研究和应用主要局限于直齿圆柱齿轮的成形,斜齿圆柱齿轮精冲成形的相关研究较少。如果能将精冲技术成熟应用于斜齿圆柱齿轮的生产,不仅能在一定程度上克服斜齿圆柱齿轮传统成形方法的缺点,还能发扬精冲的优点。因此,研究斜齿圆柱齿轮精冲成形工艺对复杂零件成形技术的革新和精冲技术的发展及应用具有重要意义。
本文根据斜齿圆柱齿轮几何形状和尺寸,在Pro/Engineer Wildfire(Pro/E)软件环境下,建立了斜齿圆柱齿轮参数化模型及凸模、凹模、压边圈、反压板、板料的三维几何模型。
基于斜齿圆柱齿轮精冲成形原理和有限元数值模拟仿真技术,通过解决网格局部细化与重划分、损伤准则、边界条件等关键问题,在DEFORM-3D软件平台上建立了斜齿圆柱齿轮精冲成形三维刚塑性有限元模拟模型。该模型中,凸模和反压板的运动是直线型运动和旋转运动的复合。通过数值模拟计算,分析了斜齿圆柱齿轮精冲成形过程中的金属流动规律,损伤、等效应力、等效应变的分布规律和断面质量、力能参数等变化规律。
基于准确的斜齿圆柱齿轮精冲成形三维刚塑性有限元模型,探究了齿宽、螺旋角等几何参数和压边力、反压力、摩擦因子、冲裁间隙、凹模圆角半径等工艺参数对斜齿圆柱齿轮精冲成形的影响规律。并将工艺参数对斜齿圆柱齿轮精冲成形性的影响进行综合评估。
基于Taguchi方法的正交试验设计原理和有限元数值模拟相结合的优化技术,以最大凸模载荷和断面光亮带百分比为优化目标,以压边力、反压力、冲裁间隙和凹模圆角半径为优化设计变量,通过信噪比分析和方差分析,确定各因素对斜齿圆柱齿轮成形过程的影响的主次顺序。基于试验设计,采用线性加权和的方法,确定多目标最优下的参数组合方案。