内齿轮冷挤压参数优化设计及模具磨损分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１ ２
技 术纵横
轻 型汽车技 术
２ １ （ ） ２０ ０ １ ４ 总 ６
内齿轮冷挤压参数优化设计及模具磨损分析
葛如海 张瑞妍
（ 苏大学汽 车 与交 通工程 学院 ） 江
摘
要
将 正交试验 设计 方法和 冷挤压数 值模拟 方 法相结合 ，评估 了冷挤 压过程 中参 数 ： 凹
模锥 角、 擦 系数 和挤 压速度 对成形 力 的影 响 ， 摩 并确定 最优 的 工 艺参数 组合 。 以汽车减速 轴 为例 ， 分组 建 立 了冷挤 压件 和模 具 的有 限元模 型 ， 用正 交试验 方 法进 行分 组仿 真 分 运 析 ， 过 对轴 向挤 压 力数 据 的 方差 分析 ， 定 最优 的 工 艺参数 组合 ， 通 确 并根 据优 化 后 的参
５ 】
。
综合 以上 的考虑 ， 确定 减速轴 的材料 为 ２Ｃ 。 ０ ｒ ２Ｃ 是合金 结构 钢 ， ０ｒ 其主要 的 化学 成分 和机 械
性 能如表 １表 ２所示 。 、
图 １ ２ ５减 速轴 ７ 表 １ ２ Ｃ 化 学 成 分表 ０ｒ
由图 １ 以看 出 ， 可 减速 轴一 端属 于轴杆类 零件 ，
作 用 的试验 。两个 因素 的交 互作 用 当作一个 新 的因 素， 占用 一列 ， 为交互 作 用列 ； 水 平交 互作 用 列 为 二
一
２Ｃ ８０ ０ｒ ８
水 水 ８ ０ 或 ２Ｈ Ｏ ０ Ｄ 、 油 空 气
１ ５
４５ ．
２２ 冷 挤压工 艺 ．
２ ５减速 轴冷 挤压 加工 工艺 的设 计 关键 在 于 内 ７
为 了更 清 楚地 表达 正 交试 验 的设 计 方法 ， 一般
ｍｍ）
将 它列 成 正交 表 。在制 订 试验 计 Ｙ ｕ 首 先 必须 根 Ｊ， ，／， 据 实 际情 况 ， 确定 因子 、 因子 的 水 平 和需 要 考 察 的 交互 作 用 ， 后 选 取 一 张 适 当 的正 交 表 ， 排 交 互 然 安
数， 对模具 的磨损进 行 分析 。试验方 法对 实际工 艺设 计具 有指 导意 义。 关键词 ： 冷挤压 工艺参 数 数 值模 拟 正 交试验 磨损 分析
１ 引 言
汽 车 起 动 机 减速 轴是 起 动 机 的重 要 零 部 件 之
－ ＿
的更 新 ，冷 挤压 加工 工 艺 的优越 性越 来越 受 重视 ， 并 逐渐 扩大 应用 范 围 。因此 ， 用冷挤 压 技术 加 工 采 内齿 轮成为 先进制 造工艺 。而随着 计算机 的升级 和 相关 软件 的发展 ， 应用 有 限单 元法 对金 属 挤压 工艺
齿轮 的成 形 。齿轮 为变位 渐开线 式 ， 齿数 较多 ， 且 对
列 。这是 因为 两个二 水平 因子 的交互 作用 自由度 （自由度等 于该列 水平 数减 １ 。 水平 交互作 用列 ）三
精 度要求 高 。确定采 用反挤 压加 工工艺 ｉ ３ ］ 。
反挤 压加 工工艺 ， 就是挤 压 时 ， 金属 的流动方 向
８ ５
５ ５
１ ４ ０ ０
６
～ １ ８ ２－ ０ ３ ０ ４ ０ ２－ ｏ ０ ６ ０
１ ． ３２ １ － ４２
厂
淬 火 温 （Ｃ） 冷 回 火 变 ｏ 热 处 理 用 退火或 回火 却 温 度 冷 却 毛 坯 尺 寸 后 硬度压痕 第 １ 次 第 ２次 剂 （℃ ） 剂 （ 直 径 （ ≥
齿轮传动。 本文基于 ２５ ７ 减速轴进行研究 ， 其结构如
图 １ 示。 所
仿 真优 化 ，并 根 据优 化 结 果 预 测 了模 具 的 使用 寿
命。
２ ２ ５减 速 轴 ７
２ １ 材 料选择 ．
２ ５减速 轴选 材时 整体要 求具 有优 良的力学性 ７
能 ， 高 的强 度 和 韧 性 ； 受 较 大 的交 变 载 荷 时要 及 承 求有 高 的抗 疲劳强 度 ； 部要求 高硬 度 、 耐磨性 １ 局 高 ３ ・
０５ ０８ ． － ．
Ｏ７ １Ｏ ． ～ ．
Ｏ
轻 型汽车技 术
２ １ （ 总 ２０ ０ １ ４） ６
表 ２ ２ Ｃ 机械・ ０ｒ ｌ 生能
试 验 线 膨胀
技 术 纵横
１ ３
性、 典型性 的点 ， 应用 正交 表合 理安排 试验 。正 交试 验 的设 计方 法具 有 下列 两 个性 质 ：水 平均 匀 性 ， 即 选 择 的试 验 对 每 个 因子 和 因 子 的 每个 水 平 都 是 均
＼＼成分
Ｃ Ｓ ｉ Ｍｎ Ｃｒ
另一端 是齿轮 类零件 ， 结构 比较 复杂 。 采用传 统 的加 工方式 ， 生产 内齿 轮 工序 复 杂 ， 操 作 困难 ， 不 到 且 达 无 越程槽 的要求 。随着金 属挤压 技术 的发展 和设 备
名称 ＼
２ Ｃ ０ ｒ
Ｏ．７ ０．４ １ － ２ ０２ ０４ ．－ ．
匀分 配 的 ， 它 们 能 够 全 面 地 反 映试 验 ； 配 均 匀 则 搭
盯ｈ 盯 ８ 中 ｋ （ｇ・ ＨＢ ｋ 温 度 系 数 （ｇｍ） ｋ／ ２ ％１ ％） ｍ ｃ ｋ／ ￣ ｇｍ） （ ｆ ｆ ／ｍ％ （ ） （Ｏ ℃ １
℃ ）
—
２ ｌ ｏ Ｏ ｏ
ｌ３ ２￣ ０ ３ ０２ ０
１ － ｌ３
１ ６ １
．
性 ， 所 有 的试 验 中 ， 在 每个 因子 的水 平 出现 的 次 数 相 同， 而且 任 何 两个 因子 的搭 配 也都 以相 同 的次数
出现 。 因此 ， 从各 因子 搭 配上 也 能全 面 反 映所 有试
验。
２ Ｃｒ Ｏ
，
在 汽车起 动时起 传递 转矩 和力 的作 用 。因此 ， 对
其结构 要求严 格 。 其一端 为盲 孔 内无 越程槽 内齿轮 ，
另一端 是具有 螺旋 花键 的减速杆 ，主要 应用 于行 星
进行 数值模 拟 成为 可能 ，并 获得 可靠 的理 论结果 【 １ １
。
本文针 对 ２ ５减速轴 进行 冷挤压 工艺参数 的数值 ７
技 术纵横
轻 型汽车技 术
２ １ （ ） ２０ ０ １ ４ 总 ６
内齿轮冷挤压参数优化设计及模具磨损分析
葛如海 张瑞妍
（ 苏大学汽 车 与交 通工程 学院 ） 江
摘
要
将 正交试验 设计 方法和 冷挤压数 值模拟 方 法相结合 ，评估 了冷挤 压过程 中参 数 ： 凹
模锥 角、 擦 系数 和挤 压速度 对成形 力 的影 响 ， 摩 并确定 最优 的 工 艺参数 组合 。 以汽车减速 轴 为例 ， 分组 建 立 了冷挤 压件 和模 具 的有 限元模 型 ， 用正 交试验 方 法进 行分 组仿 真 分 运 析 ， 过 对轴 向挤 压 力数 据 的 方差 分析 ， 定 最优 的 工 艺参数 组合 ， 通 确 并根 据优 化 后 的参
５ 】
。
综合 以上 的考虑 ， 确定 减速轴 的材料 为 ２Ｃ 。 ０ ｒ ２Ｃ 是合金 结构 钢 ， ０ｒ 其主要 的 化学 成分 和机 械
性 能如表 １表 ２所示 。 、
图 １ ２ ５减 速轴 ７ 表 １ ２ Ｃ 化 学 成 分表 ０ｒ
由图 １ 以看 出 ， 可 减速 轴一 端属 于轴杆类 零件 ，
作 用 的试验 。两个 因素 的交 互作 用 当作一个 新 的因 素， 占用 一列 ， 为交互 作 用列 ； 水 平交 互作 用 列 为 二
一
２Ｃ ８０ ０ｒ ８
水 水 ８ ０ 或 ２Ｈ Ｏ ０ Ｄ 、 油 空 气
１ ５
４５ ．
２２ 冷 挤压工 艺 ．
２ ５减速 轴冷 挤压 加工 工艺 的设 计 关键 在 于 内 ７
为 了更 清 楚地 表达 正 交试 验 的设 计 方法 ， 一般
ｍｍ）
将 它列 成 正交 表 。在制 订 试验 计 Ｙ ｕ 首 先 必须 根 Ｊ， ，／， 据 实 际情 况 ， 确定 因子 、 因子 的 水 平 和需 要 考 察 的 交互 作 用 ， 后 选 取 一 张 适 当 的正 交 表 ， 排 交 互 然 安
数， 对模具 的磨损进 行 分析 。试验方 法对 实际工 艺设 计具 有指 导意 义。 关键词 ： 冷挤压 工艺参 数 数 值模 拟 正 交试验 磨损 分析
１ 引 言
汽 车 起 动 机 减速 轴是 起 动 机 的重 要 零 部 件 之
－ ＿
的更 新 ，冷 挤压 加工 工 艺 的优越 性越 来越 受 重视 ， 并 逐渐 扩大 应用 范 围 。因此 ， 用冷挤 压 技术 加 工 采 内齿 轮成为 先进制 造工艺 。而随着 计算机 的升级 和 相关 软件 的发展 ， 应用 有 限单 元法 对金 属 挤压 工艺
齿轮 的成 形 。齿轮 为变位 渐开线 式 ， 齿数 较多 ， 且 对
列 。这是 因为 两个二 水平 因子 的交互 作用 自由度 （自由度等 于该列 水平 数减 １ 。 水平 交互作 用列 ）三
精 度要求 高 。确定采 用反挤 压加 工工艺 ｉ ３ ］ 。
反挤 压加 工工艺 ， 就是挤 压 时 ， 金属 的流动方 向
８ ５
５ ５
１ ４ ０ ０
６
～ １ ８ ２－ ０ ３ ０ ４ ０ ２－ ｏ ０ ６ ０
１ ． ３２ １ － ４２
厂
淬 火 温 （Ｃ） 冷 回 火 变 ｏ 热 处 理 用 退火或 回火 却 温 度 冷 却 毛 坯 尺 寸 后 硬度压痕 第 １ 次 第 ２次 剂 （℃ ） 剂 （ 直 径 （ ≥
齿轮传动。 本文基于 ２５ ７ 减速轴进行研究 ， 其结构如
图 １ 示。 所
仿 真优 化 ，并 根 据优 化 结 果 预 测 了模 具 的 使用 寿
命。
２ ２ ５减 速 轴 ７
２ １ 材 料选择 ．
２ ５减速 轴选 材时 整体要 求具 有优 良的力学性 ７
能 ， 高 的强 度 和 韧 性 ； 受 较 大 的交 变 载 荷 时要 及 承 求有 高 的抗 疲劳强 度 ； 部要求 高硬 度 、 耐磨性 １ 局 高 ３ ・
０５ ０８ ． － ．
Ｏ７ １Ｏ ． ～ ．
Ｏ
轻 型汽车技 术
２ １ （ 总 ２０ ０ １ ４） ６
表 ２ ２ Ｃ 机械・ ０ｒ ｌ 生能
试 验 线 膨胀
技 术 纵横
１ ３
性、 典型性 的点 ， 应用 正交 表合 理安排 试验 。正 交试 验 的设 计方 法具 有 下列 两 个性 质 ：水 平均 匀 性 ， 即 选 择 的试 验 对 每 个 因子 和 因 子 的 每个 水 平 都 是 均
＼＼成分
Ｃ Ｓ ｉ Ｍｎ Ｃｒ
另一端 是齿轮 类零件 ， 结构 比较 复杂 。 采用传 统 的加 工方式 ， 生产 内齿 轮 工序 复 杂 ， 操 作 困难 ， 不 到 且 达 无 越程槽 的要求 。随着金 属挤压 技术 的发展 和设 备
名称 ＼
２ Ｃ ０ ｒ
Ｏ．７ ０．４ １ － ２ ０２ ０４ ．－ ．
匀分 配 的 ， 它 们 能 够 全 面 地 反 映试 验 ； 配 均 匀 则 搭
盯ｈ 盯 ８ 中 ｋ （ｇ・ ＨＢ ｋ 温 度 系 数 （ｇｍ） ｋ／ ２ ％１ ％） ｍ ｃ ｋ／ ￣ ｇｍ） （ ｆ ｆ ／ｍ％ （ ） （Ｏ ℃ １
℃ ）
—
２ ｌ ｏ Ｏ ｏ
ｌ３ ２￣ ０ ３ ０２ ０
１ － ｌ３
１ ６ １
．
性 ， 所 有 的试 验 中 ， 在 每个 因子 的水 平 出现 的 次 数 相 同， 而且 任 何 两个 因子 的搭 配 也都 以相 同 的次数
出现 。 因此 ， 从各 因子 搭 配上 也 能全 面 反 映所 有试
验。
２ Ｃｒ Ｏ
，
在 汽车起 动时起 传递 转矩 和力 的作 用 。因此 ， 对
其结构 要求严 格 。 其一端 为盲 孔 内无 越程槽 内齿轮 ，
另一端 是具有 螺旋 花键 的减速杆 ，主要 应用 于行 星
进行 数值模 拟 成为 可能 ，并 获得 可靠 的理 论结果 【 １ １
。
本文针 对 ２ ５减速轴 进行 冷挤压 工艺参数 的数值 ７