齿轮坯热闭式锻造数值模拟分析

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金属塑性成形的闭式模锻工艺非常复杂,坯料在成形过程中容易产生各种缺陷,从而影响了锻件的自身质量,同时造成了大量的材料及能源的浪费。在生产锻件的过程中,如何控制并消除锻件的缺陷,提高锻件的生产质量,减少不必要的能源浪费,是金属塑性加工成形领域的重要研究课题之一。齿轮作为现如今平衡传动系统的重要组件,其质量的好坏是判断一个传动系统可靠与否的重要标准。齿轮锻坯是齿轮成形的基础步骤,齿轮锻坯的质量直接影响着齿轮生产的可靠性。随着机械行业的迅猛发展,传统的齿轮锻坯成形方法已经无法匹配现在工业对齿轮的高标准需求,所以改善传统工艺的生产方法势在必行。金属在塑性成形过程中温度因素的影响显著,但加热过程中会伴有烧损和氧化脱碳现象,导致闭式锻过程无法精准下料,而且在终锻过程中容易出现锻件充填不足和纵向毛刺等缺陷的问题。针对上述问题,本文介绍了齿轮锻坯的热闭式锻造过程,主要内容是通过对连皮结构参数的合理设计,有效的掌控了金属的流动量,将多余的金属导入连皮仓部,实现锻坯的精密成形。在模拟成形过程时借助DEFORM三维成形分析软件系统对整个锻造成形过程进行分析研究发现,当在合理的选择区域内变化连皮结构尺寸h、b、r时,每一个尺寸对齿轮锻坯肩部的纵向毛刺都有一定的影响作用,具体如下:1.合理范围内h尺寸越大,金属流入连皮处的阻力越小,使得更多的多余金属能比较容易的流入连皮仓部,而不是被挤出合模缝隙,在一定程度上控制了齿轮锻坯纵向毛刺的形成。与此同时也减小了流动金属作用于模具上的载荷,使得模具的工作寿命得以延长。2.合理范围内b尺寸增加,延长了金属流入仓部的距离,随着金属进入连皮桥部的量增多,桥部内的金属能够与上、下模凸台充分接触,此时金属在桥部受到更大的阻力,使得金属流动能力降低,从而阻止了金属进一步向仓部流入,导致型腔内金属过剩,形成纵向毛刺缺陷。3.合理范围内r尺寸增加,金属在成形过程中受到的变向阻力越小,所以金属更容易改变原有流向继续运动,实现对型腔的更好充填,有效的控制了毛刺的产生。综上所述,在控制纵向毛刺缺陷的产生时,应注重对连皮桥部结构尺寸的考虑,当在选择合适的温度环境以及预锻件形状结构的前提下,合理的配置连皮结构中的三个影响参数,则很容易实现无纵向毛刺缺陷的热闭式锻工艺。
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