【摘 要】
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冷挤压成形技术是一种节能,低成本、高效,绿色的精密塑性成形方法,而且通过冷挤压成形的零件性能会有所提高。本课题主要研究行星减速器太阳齿轮的成形工艺,通过有限元模拟与实际生产验证,以获得更适合本材料的成形工艺。本次研究所用的齿轮材料是20Cr2Ni4A,常用于重型装备中,如重型汽车、船舶、风力发电机等,相对于一般常用齿轮材料,强度、硬度和耐磨性都更优,因此成形难度也越高。利用Gleeble 1500
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冷挤压成形技术是一种节能,低成本、高效,绿色的精密塑性成形方法,而且通过冷挤压成形的零件性能会有所提高。本课题主要研究行星减速器太阳齿轮的成形工艺,通过有限元模拟与实际生产验证,以获得更适合本材料的成形工艺。本次研究所用的齿轮材料是20Cr2Ni4A,常用于重型装备中,如重型汽车、船舶、风力发电机等,相对于一般常用齿轮材料,强度、硬度和耐磨性都更优,因此成形难度也越高。利用Gleeble 1500热模拟试验机对太阳轮材料20cr2Ni4A进行压缩试验,获得不同应变速率下的应力-应变关系,在压缩试验获得的数据基础上采用Johnson-Cook模型建立描述 20Cr2Ni4A 动态力学特征的本构方程:σ=（401.29+348.365ε0.20633）（1+0.0161 lnε*）。基于刚塑性有限元理论,建立有限元模型,利用DFORME-3D软件对凹模工作带长度进行模拟分析,由模拟结果得知当工作带长度为4mm时,齿轮成形质量最优。借助软件Design-expert对影响齿轮成形质量的其他因素:坯料直径、摩擦系数、凹模入模半角和凸模挤压速度进行响应面试验设计（Design of Experiment）,以此用较少的试验次数获得较精确的结果。再基于刚塑性有限元理论,建立齿轮冷挤压成形的有限元模型,结合有限元模拟软件DEFORM-3D对设计的试验方案进行有限元模拟分析,对试验方案模拟结果:成形载荷、前端塌角长度,利用软件Design-expert对其进行分析与优化,以成形载荷和前端塌角长度为优化目标量,最终得出最优参数组合,即摩擦系数=0.1,凹模入模半角=66°,坯料直径=99.2mm,挤压速度=8mm/s。利用选择出的最优参数组合,进行模具设计与加工,设定适宜的成形工艺方案。确定了模具参数与工艺方案,就进行齿轮的实际生产验证,对生产的零件进行尺寸精度、质量、微观组织的检测与评价,最终生产的齿轮尺寸精度达到要求,表面质量优异,并且齿轮通过挤压成形对齿轮的性能有所提升,齿廓和齿根部位硬度提升了2倍。
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