題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項目名稱：
- 基于浮動凹模和齒腔分流原理的圓柱直齒輪冷精鍛技術(shù)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 圓柱齒輪是汽車自動變速器上的重要零件，其形狀復(fù)雜，材質(zhì)、尺寸精度、表面質(zhì)量及綜合機(jī)械性能均要求很高。針對圓柱直齒輪冷鍛的困難性，提出了齒腔分流工藝，并結(jié)合浮動凹模技術(shù)，通過數(shù)值模擬與物理實驗相結(jié)合的方法，成功制備出鋼制圓柱直齒輪，并且成形過程大大的降低了工作載荷，提高了材料利用率，推動了圓柱直齒輪冷精鍛工藝的實用化進(jìn)程。
- 詳細(xì)介紹：
- 圓柱齒輪是汽車自動變速器上的重要零件，其形狀復(fù)雜，材質(zhì)、尺寸精度、表面質(zhì)量及綜合機(jī)械性能均要求很高。我國現(xiàn)階段圓柱齒輪的生產(chǎn)主要還是切削加工齒形，這種加工方法對坯料的形狀精度要求較高，需要對坯料進(jìn)行一定的預(yù)處理，而且材料利用率低，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品成本高，同時由于金屬纖維被切斷從而降低了齒輪強(qiáng)度和使用壽命，因此，采用切削加工，耗工費時，浪費能源，污染環(huán)境，已不能適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要。冷精鍛成形是近年來迅速發(fā)展起來的一種精密塑性成形新工藝。該工藝不僅具有高精、高效、優(yōu)質(zhì)低耗等優(yōu)點，而且可以顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭能力。圓柱齒輪的冷精鍛是在冷鍛基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因成形時不需要加熱坯料，成形零件具有表面質(zhì)量高，尺寸精度高等特點，但成形時材料的溫度低，變形抗力高，流動性差，致使鍛造載荷陡增，齒形充滿困難，模具變形磨損嚴(yán)重，壽命低，阻礙了冷鍛工藝的推廣。由此，研究組提出了圓柱齒輪的冷精鍛成形新工藝，即采用分流原理和約束分流的方法，并結(jié)合浮動凹模結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)圓柱直齒輪的凈近成形工藝。圖1為設(shè)計的模具有限元模型。 圖1 有限元模型 根據(jù)浮動凹模技術(shù)和齒腔分流法設(shè)計的生產(chǎn)用模具工裝如圖2所示，鍛件放入模膛內(nèi)，上模座帶動上凸模下行，利用凸、凹模自身導(dǎo)向進(jìn)行定位，上凸模先利用模套導(dǎo)入凹模內(nèi)，然后帶動凹模一起向下運動完成冷鍛成形。之后上模座上行，張開一定高度后在凹模上放入環(huán)形件，然后模座下行，通過環(huán)形件繼續(xù)下壓浮動凹模，同時將鍛件頂出凹模型腔。上模座再次上行到一定位置，取下環(huán)形件和鍛件之后上模座再上行，通過拉桿將凹模復(fù)位。之后進(jìn)行下一次鍛造成形。整個鍛造過程中，下凸模的齒形部位始終保持在凹模型腔內(nèi)，凹模沿導(dǎo)柱下滑，這種結(jié)構(gòu)能夠有效地利用軸向摩擦力，以利于上、下角落的充填， 1上模座 2上墊板 3上墊片 4法蘭5上凸模 6 模套7壓簧 8定位銷 9下模座 10下墊板11壓板 12下凸模 13浮動凹模 14坯料 15拉桿 圖2 生產(chǎn)用模具簡圖 齒腔分流法是在凹模標(biāo)準(zhǔn)齒腔的頂端設(shè)置分流型腔。如圖3所示，只要齒形最難充填的上下角隅及齒頂棱線部分的充填超過標(biāo)準(zhǔn)齒腔時，即可停止加載。鍛件只需要經(jīng)過少量的外緣車削或者磨削，不需要加工齒面，就可以得到精度很高的齒輪零件。而且能夠有效避開冷鍛最后階段的載荷急劇上升。 圖3 齒腔分流凹模齒形輪廓線 對圓柱直齒輪鍛件成形過程進(jìn)行建模及計算機(jī)仿真，并設(shè)計模具工裝，如圖4所示，進(jìn)行物理實驗，成功試制出鋼制圓柱直齒輪，得到的鍛件如圖5，齒形成形完好，經(jīng)過少量的外緣車削或磨削能夠得到合格的齒輪零件。并且驗證，齒腔分流法與傳統(tǒng)封閉式冷鍛相比，載荷下降了50%。 圖4實驗?zāi)＞邔嵨飯D 圖5 實驗鍛件圖 通過數(shù)值模擬及物理實驗驗證，此新工藝可有效改變摩擦條件，改善坯料在模具型腔的充填情況，減小模具表面的接觸壓力，降低成形載荷，減少模具摩擦， 提高了產(chǎn)品精度，降低了成本，能極大的推動圓柱直齒輪冷鍛實用化的研究。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計目的：圓柱齒輪的冷精鍛成形時，零件具有表面質(zhì)量高，尺寸精度高等特點，但成形時材料的溫度低，變形抗力高，流動性差，致使鍛造載荷陡增，齒形充滿困難，模具變形磨損嚴(yán)重，壽命低，阻礙了冷鍛工藝的推廣。由此，研究組提出了圓柱齒輪的冷精鍛成形新工藝，即將圓柱直齒輪的冷精鍛成形與浮動凹模及齒腔分流原理相結(jié)合，成功制備出鋼制圓柱直齒輪，實現(xiàn)圓柱直齒輪的凈近成形。 基本思路：1、利用分流原理和約束分流的方法，并采用浮動凹模結(jié)構(gòu)，設(shè)計模具工裝；2、建立有限元模型，對圓柱直齒輪的冷精鍛成形新工藝過程進(jìn)行數(shù)值模擬；3、根據(jù)數(shù)值模擬和分析結(jié)果，采用閉式模鍛工藝，冷精鍛成形圓柱齒輪。 創(chuàng)新點：將浮動凹模技術(shù)與齒腔分流法相結(jié)合，開展圓柱直齒輪的冷精鍛成形工藝研究，有效改善了坯料在模具型腔的充填情況，減小模具表面的接觸壓力，降低成形載荷，減少模具摩擦，提高產(chǎn)品精度，降低成本，極大的推動圓柱直齒輪冷鍛實用化的研究。 技術(shù)關(guān)鍵:1、精確模擬圓柱直齒輪冷精鍛成形過程，掌握冷鍛過程中金屬流動規(guī)律，制定出最佳冷精鍛成形工藝；2、設(shè)計和制造圓柱齒輪冷精鍛精密成形工裝；3、完成典型鋼制圓柱直齒輪的冷精鍛試制。 主要技術(shù)指標(biāo)：1、冷精鍛成形出圓柱直齒輪，齒形單邊機(jī)加工余量不超過1mm，尺寸誤差小于0.5mm，其綜合性能指標(biāo)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)；2、材料利用率大大提高，達(dá)到70%以上；3、降低圓柱齒輪的成形載荷至少30%以上；齒輪生產(chǎn)效率提高30%—40%；4、齒輪強(qiáng)度提高20%，抗彎疲勞壽命提高20%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前，國內(nèi)圓柱齒輪生產(chǎn)大多采用傳統(tǒng)的切削加工方法，對坯料的形狀精度要求較高，需要預(yù)處理，而且材料利用率低，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品成本高，同時由于金屬纖維被切斷從而降低了齒輪強(qiáng)度和使用壽命。采用熱模鍛法生產(chǎn)圓柱齒輪，需要加熱，鐓粗去除氧化皮，成形后切除飛邊等工序，材料利用率低，成形工序多，生產(chǎn)效率低。另外通過鑄造的方法加工齒輪，雖然可以獲得接近產(chǎn)品形狀和尺寸的鑄件，但由于其組織性能較差，通常只能用于性能要求較低的零件，顯然，若用于齒輪的生產(chǎn)，滿足不了產(chǎn)品的性能要求。由于冷精鍛成形工藝不僅具有高精、高效、優(yōu)質(zhì)低耗等優(yōu)點，而且可以顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭能力，所以采用冷精鍛成形工藝鍛造圓柱直齒輪，并且結(jié)合浮動凹模技術(shù)及齒腔分流原理進(jìn)行新工藝的研發(fā)，該新工藝能夠有效改變摩擦條件，改善坯料在模具型腔的充填情況，減小模具表面的接觸壓力，降低成形載荷，減少模具摩擦，提高產(chǎn)品精度，降低成本，極大的推動圓柱直齒輪冷鍛實用化的研究。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 與企業(yè)雙方共享
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：下料→晶粒細(xì)化處理→酸洗→磷化皂化處理→浮動凹模工藝精鍛成形→后續(xù)機(jī)加工→終檢。 技術(shù)特點和優(yōu)勢：將浮動凹模技術(shù)與齒腔分流法相結(jié)合，開展圓柱直齒輪的冷精鍛成形工藝研究，能夠極大的降低成形載荷，減少模具摩擦，提高產(chǎn)品精度，降低成本，極大的推動圓柱直齒輪冷鍛實用化的研究。 作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明：齒輪是廣泛應(yīng)用于傳遞精確運動和動力的精密零件，在汽車、機(jī)床、飛機(jī)、摩托車上得到廣泛的運用，同時相應(yīng)專用的液壓機(jī)也是必不可少的配套設(shè)備，所以它的用量巨大，市場潛力大。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：目前國內(nèi)齒輪行業(yè)的年產(chǎn)值在2009年就已超過1260億人民幣，其中車輛齒輪所占比例高達(dá)2/3。汽車工業(yè)的帶動是齒輪模具發(fā)展的重要支撐。 1）采用冷鍛新技術(shù)來加工齒輪，材料利用率提高了25%，假設(shè)每年某單位使用鍛件20000噸，全年將節(jié)約鋼材5000噸左右。 2）采用冷鍛新工藝生產(chǎn)齒輪，減少了坯料的加熱工序，每公斤鍛件可以節(jié)省至少1度電。同時創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
同類課題研究水平概述
- 經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者多年的努力研究，有關(guān)直、傘齒輪精鍛成形理論及其工藝已較成熟，并在實際生產(chǎn)中得到大量應(yīng)用。而對圓柱直齒輪精鍛的研究主要集中在經(jīng)典理論分析（包括滑移線法、主應(yīng)力法、上限法、上限元法等）以及實驗研究兩個方面，并且這些研究工作在實際生產(chǎn)中未能得到推廣應(yīng)用，還處于實驗室研究階段。究其原因，正是由于對圓柱直齒輪精鍛技術(shù)的研究做的還不夠，例如單純用常規(guī)實驗無法了解精鍛過程各變形瞬間的變形流動規(guī)律以及各種工藝參數(shù)對鍛件質(zhì)量、模具壽命的影響，因而無法優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)化坯料的形狀和尺寸。目前，圓柱直齒輪精鍛的理論分析及實驗研究主要集中在以下4個方面：（1）變形規(guī)律的研究；（2）工藝設(shè)計和模具設(shè)計；（3）鍛件質(zhì)量和精度控制研究；（4）數(shù)值模擬研究。 1987 年英國伯明翰大學(xué) Tuncer C 等提出了浮動凹模精鍛空心件思想，設(shè)計了各種模具。伊朗Tarbiat Modarres大學(xué)的M.H.Sadeghi與英國伯明翰大學(xué)的 T.A.Dean 用浮動凹模原理模具對直齒輪和斜齒輪作了系統(tǒng)的研究，包括模具結(jié)構(gòu)形式選擇，齒輪尺寸精度的影響因素，齒輪塑性成形力的預(yù)測及其與摩擦系數(shù)、齒輪模數(shù)、寬度關(guān)系，脫模力與摩擦系數(shù)、成形力、成形溫度、壓力角、齒數(shù)的關(guān)系。Nagai Y 提出將預(yù)制杯形件作為某些圓柱齒輪冷鍛的制坯措施，即通過拉延、整形、變薄拉延和壓縮四個工步實現(xiàn)具有較大沉孔的圓柱齒輪冷鍛成形。Kondo K提出了齒輪分流減壓鍛造法。Knoerr M在1992年模擬了圓環(huán)狀齒輪坯的三工位熱鍛過程，預(yù)測了該成形過程中可能出現(xiàn)的折疊缺陷，并根據(jù)模擬結(jié)果改進(jìn)成形參數(shù)，獲得了無缺陷的零件。山東大學(xué)張清萍等人對兩步成形直齒圓柱齒輪冷精鍛工藝設(shè)計方法進(jìn)行了研究，分別采用修正模數(shù)法和變位法對終鍛和預(yù)鍛模具的齒形進(jìn)行設(shè)計?？v觀關(guān)于圓柱直齒輪冷鍛的文獻(xiàn), 直齒圓柱齒輪冷鍛成形還存在兩個主要問題: 一是盡管在冷鍛過程中采取了某些分流減壓措施, 使變形力有所下降, 但由于金屬材料的全部變形都是在冷態(tài)下進(jìn)行, 所需的變形力仍太大, 模具壽命低; 二是由于采用了分流減壓措施, 使工件含有較多的敷料,成形后的齒輪鍛件無法順利脫模，而且不利于節(jié)材。而節(jié)能減排、綠色環(huán)保是21世紀(jì)的先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢，以近形或凈近形為目標(biāo)的齒輪精鍛成形工藝顯然已經(jīng)成為齒輪加工技術(shù)的發(fā)展方向。
![超聲-微波輔助超臨界二氧化碳萃取黃柏?fù)]發(fā)油工藝的研究](/media/pro_project/proimage/2011/7/26/cache/f1907a64-c18f-41cc-88e4-be70434e6d26_120_120.jpg)
