锻压技术

铝合金直齿锥齿轮等温锻造数值模拟及参数优化

英文标题：Numerical simulation and parameter optimization on aluminum alloy spur bevel gear in isothermal forging

关键词：以直齿锥齿轮作为研究对象以锻造铝合金作为齿轮的材料对其等温锻造成形工艺及参数优化进行研究。利用Deform-3D软件建立有限元分析模型对齿轮的开式锻造过程进行模拟研究获得锻造过程中的金属流动及成形载荷情况。并利用正交试验法对成形过程的关键参数（温度、连皮高度、连皮厚度、圆角半径、飞边厚度）进行优化得到了不同参数对成形载荷的影响程度其大小依次为温度、飞边厚度、圆角半径、连皮高度、连皮厚度。在此基础上对上模速度和摩擦系数进行单变量的优化以成形结果齿形充满无折叠等缺陷的前提下成形载荷最小为优化目标获得了最佳的工艺参数。

分类号：

出版年,卷(期):页码：2016,41(7):142-146

摘要：

以直齿锥齿轮作为研究对象，以锻造铝合金作为齿轮的材料，对其等温锻造成形工艺及参数优化进行研究。利用Deform-3D软件，建立有限元分析模型，对齿轮的开式锻造过程进行模拟研究，获得锻造过程中的金属流动及成形载荷情况。并利用正交试验法对成形过程的关键参数（温度、连皮高度、连皮厚度、圆角半径、飞边厚度）进行优化，得到了不同参数对成形载荷的影响程度，其大小依次为温度、飞边厚度、圆角半径、连皮高度、连皮厚度。在此基础上对上模速度和摩擦系数进行单变量的优化，以成形结果齿形充满无折叠等缺陷的前提下成形载荷最小为优化目标，获得了最佳的工艺参数。

For the spur bevel gear made by forging aluminum material, its isothermal forging process and parameters optimization were studied. Finite element analysis model was established by Deform-3D, and the open-die forging process was simulated to obtain the metal flow and forming load. The key parameters (temperature, height of peel, peel thickness, radius and flash thickness) of forming process were optimized by the orthogonal test, and the influence of different parameters on the forming load was analyzed with the effective sequence of temperature, flash thickness, radius, height of peel and peel thickness. Furthermore, the single variable optimizations of punch velocity and friction coefficient were carried out respectively. Taken the smallest forming loading as the optimize object, the optimized technological coefficient for the gear without defects was obtained.

基金项目：

华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室开放课题研究基金项目（P2014-011）;山东大学基本科研业务费资助项目（2014JC024）

赵新海（1973-），男，博士，副教授

参考文献：

[1]赵一平.铝合金锻造生产技术[J].金属加工：热加工，2011，（11）:12-17.

Zhao Y P. Production technology of aluminum alloy forging[J].Metal Working，2011，（11）:12-17.

[2]刘静安，王文志，罗立新.铝合金可锻性及热力学参数确定原则分析[J].铝加工，2011，（5）:22-29.

Liu J A， Wang W Z， Luo L X.The analysis of determining principle of parameters for aluminium alloy malleability and thermodynamics[J].Aluminum Processing，2011，（5）:22-29.

[3]谢懿.实用锻压技术手册[M].北京：机械工业出版社，2003．

Xie Y. Practical Handbook of Forging Technology[M]. Beijing：China Machine Press，2003．

[4]Luis Pérez C J，Salcedo Pérez D，Puertas Arbizu I. Design and mechanical property analysis of ultrafine grained gears from AA5083 previously processed by equal channel angular pressing and isothermal forging[J]. Material and Design， 2014，63:126-135.

[5]罗善明，何旺枝，薛冰，等. 弧齿锥齿轮精锻成形模具磨损特性分析[J]. 机械传动，2011，(1):52-54,65.

Luo S M， He W Z， Xue B，et al.The analysis of spiral bevel gear for precision forging and the characteristics of mould wear[J]. Mechanical Transmission，2011，(1):52-54,65.

[6]郑明玉，谢晋市，陈文琳，等. 直齿圆柱齿轮温锻成形工艺参数优化[J]. 精密成形工程，2012，(3):14-18.

Zheng M Y， Xie J S， Chen W L，et al. The parameters optimization during the warm forging process of spur gear[J].Precision Forming Engineering，2012，(3):14-18.

[7]熊峰，张如华，孙玲，等. 一种直齿圆柱齿轮精密成形的金属流动[J]. 锻压技术，2014，39（5）：144-149.

Xiong F，Zhang R H，Sun L，et al. Metal flow of a kind of spur gear precision forming [J]. Forging & Stamping Technology，2014，39（5）：144-149.

[8]张清萍，高常青，王玉增，等. 锥齿轮精锻成形过程数值模拟及参数分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2009，（6）：13-15，19.

Zhang Q P， Gao C Q， Wang Y Z， et al，The parameter analysis and numerical simulation during precision forging process of bevel gear[J]. Combination Machine and Automatic Processing Technology， 2009，（6）:13-15，19.

[9]Alfonso F，Jose L Iserte， Ignacio G-P， et al. Computerized design of advanced straight and skew bevel gears produced by precision forging[J]. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg.， 2011，200:2363-2377.

[10]Deng X B， Lin H， Han X H， et al. Numerical and experimental investigation of cold rotary forging of a 20CrMnTi alloy spur bevel gear[J]. Material and Design，2011，32:1376-1389.

[11]刘瑞江，张业旺，闻崇炜，等. 正交试验设计和分析方法研究[J]. 实验技术与管理，2010，(9):52-55.

Liu R J， Zhang Y W， Wen C W， et al. The study of orthogonal test design and analysis[J].Experimental Technology and Management，2010，(9):52-55.

服务与反馈：

【文章下载】【加入收藏】