随着汽车产销量的高速增长,螺旋伞齿轮作为汽车后桥主减速器中的重要传动部件,其需求量逐渐增大,对品质的要求越来越高,同时对成本的控制也提出了新的要求。螺旋伞齿轮一般采用锻造和机械加工工艺进行生产。锻造工艺工序较多、成本较高,机械加工会切断金属纤维组织从而降低齿轮的强度和使用寿命,而且生产效率不高,材料损耗较大。因此,改进传统制造工艺势在必行。本文提出了采用铸锻复合成形工艺生产螺旋伞齿轮的方法。通过对铸造和锻造工艺过程进行有限元数值模拟,优化了齿形和相关工艺参数并验证了复合工艺的优越性。模拟结果表明,铸锻复合工艺可有效改进螺旋伞齿轮产品质量,提高材料利用率和生产效率,降低产品成本,具有潜在的实际应用价值。本文的主要研究内容及结论如下:1.冷精锻预制坯的齿形形状和尺寸是影响螺旋伞齿轮冷精锻质量的重要因素。本文提出了均匀扩散齿形和非均匀扩散齿形两种方案并建立了对应的数学模型,利用DEFORM-3D软件进行了冷精锻成形工艺数值模拟分析,得到了不同齿形方案下冷精锻工艺过程的载荷-行程曲线、应力应变分布图以及金属流动状况图。通过对模拟结果的分析对比发现,采用非均匀扩散齿形方案的预制坯且齿形最大精锻量为0.6mm时成形载荷合理,冷精锻效果最好。由此确定了螺旋伞齿轮冷精锻预制坯的优化齿形。2.热模锻预制坯的齿形和锥度对于螺旋伞齿轮闭式热模锻成形过程影响很大。热模锻预制坯的齿形设计既要保证能在热模锻过程中消除铸造缺陷,又要满足闭式热模锻成形工艺的要求。本文借鉴分流理论提出近似梯形齿形方案使热模锻时预制坯齿顶留有一定分流空间从而促进金属合理流动填充型腔。减小热模锻预制坯锥度使其小端先于其他部位成形,这样有利于改善金属流动状况使齿形各部分同时成形完毕。模拟结果显示当热模锻预制坯锥度比齿形模锥度小3°、近似梯形齿形齿高达到5.8mm时成形效果最理想。由此确定了螺旋伞齿轮热模锻预制坯的优化齿形和锥度。3.根据热模锻预制坯的质量要求,对各种铸造工艺进行了分析比较,确定使用覆膜砂铸造工艺进行模锻预制坯的精密铸造并选取了铸型材料的种类。本文设计了中心顶注型和浇冒口共用型两种浇注方案并计算出了冒口和浇注系统的尺寸。利用Anycasting软件分析铸件充型和凝固过程,确定了中心顶注型浇注方案更适合于螺旋伞齿轮模锻预制坯的精密铸造。4.本文研究了浇注温度和浇注速度对螺旋伞齿轮铸件成形质量的影响。通过模拟不同浇注温度和浇注速度的铸件凝固后缺陷分布状况得知:在一定温度范围内,浇注温度越高,齿轮坯铸件缩孔类缺陷越少并由此确定了最佳浇注温度为1640℃;浇注速度对于齿轮铸件上表面残余空气分布有影响并由此确定了最佳浇注速度为0.8m/s。