[00772509]齿轮精密挤压成形理论与模具设计方法研究

齿轮挤压是高效、节能、优质的加工方法。系统研究了齿轮挤压成形中金属的流动规律，建立了型腔流曲面的几何造型，提出基于流曲线的直齿轮连续挤压成形理论和提高凹模强度设计的自增强理论。项目属于工程技术科学-光机电一体化技术领域。得到两项省自然科学基金《直齿轮冷锻成形若干关键技术的研究》、《精密挤压成形理论研究及组合凹模优化设计》和省高校省级自然科学基金《直齿轮冷锻成形工艺的研究》的支持。主要研究成果和创新点如下：1.基于流曲线理论，建立了齿轮型腔曲面方程流曲线是表征流体流动情况的空间曲线。基于流曲线理论，结合保角映射法，完成了齿轮挤压成形型腔曲面模型的建立，给出了曲面参数方程，实现了型腔流曲面的几何造型。该曲面模型有助于保证金属在成形过程中处于稳定无旋转的流动状态。2.提出刚性平移的两步成形模式和基于无限多预成形的连续挤压理论 从直齿轮挤压成形中金属的流动规律，提出刚性平移流动模式，在该流动模式下齿轮更容易成形。借助Taguchi方法，完成直齿轮刚性平移终锻工艺优化，优化后信噪比提高1.27，载荷下降13%。在该基础上，提出无限多预成形连续挤压理论，给出凹模成形区过渡曲面的详细设计。该理论在提高变形均匀性、改善充填性，降低载荷等方面十分有效。获得国家发明专利授权，专利证书号ZL200310106483.5。3.提出采用波形端面凸模齿轮挤压成形新方法提出将凸模和凹模端面设计成波形，对充填效果和降低载荷最有利。这种波形端面设计方法，已在江苏森威集团得到了应用，并生产出精度等级达到7级的直齿倒档齿轮。4.基于弹性变形规律的齿轮精度控制研究创建弹塑性－弹性三维耦合模型，分别沿齿形曲线和齿高曲线分析模具的弹性扩张和齿件的弹性回复规律，并将两者综合起来评价齿件的尺寸偏差。模具弹性扩张和齿件弹性回复直接影响齿件精度，提出了齿形反变形迭代修正法。5.提出挤压凹模的自增强理论齿轮挤压凹模承受很高的压力。为了提高凹模的承载能力，提出自增强处理方法。建立了考虑材料应变硬化和包辛格效应的双线性强化自增强理论模型，对自增强挤压凹模的应力分布及内壁的位移做了数值分析，得到应变硬化和包辛格效应对自增强效果的影响规律。数值模拟和理论解析值吻合较好, 可为工程应用提供理论依据。省科技情报所的查新结论该项目基于流曲线理论，结合保角映射法，给出了凹模型腔参数方程表达式，提出刚性平移两步成形和无限多预成形连续挤压，在国内均未见文献报道。省教育厅组织专家评审意见研究成果对发展直齿轮精密成形理论及相应工艺与模具设计是一个突出的贡献。特别是针对直齿轮特点，提出采用波形端面凸模的齿轮精锻成形方法和刚性平移预锻设计方法是富有创意的新方法，在国内外尚属首次提出。该成果达到国内领先水平。研究成果在国内外发表学术论文28篇，其中被SCI收录3篇，被EI收录8篇。项目成果已在江苏森威精锻有限公司应用，生产齿轮200万件，实现销售收录5200万元。成果被编入国家十一五规划教材中，丰富了挤压成形理论。