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重型機(jī)械:復(fù)雜曲面齒形徑向鍛造近凈成形工藝的探討

2023-10-21
摘要:本文針對(duì)復(fù)雜型面齒形的高效、高性能、綠色制造等問(wèn)題,提出了單齒徑向鍛造成形復(fù)雜型面齒形新工藝,分別介紹了包覆式錘頭和單齒型錘頭的徑向鍛造方式,并應(yīng)用Forge軟件對(duì)兩種成形方式進(jìn)行了有限元仿真分析,探討了兩種不同徑向鍛造工藝成形復(fù)雜型面齒形的合理性,得到了可行的復(fù)雜型面齒形徑向鍛造近凈成形方法。

  【作 者】李坤;趙升噸;張超;張大偉

  【前 言】

  力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和,是黨中央作出的重大戰(zhàn)略決策,“雙碳”口標(biāo)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)創(chuàng)新也成為當(dāng)前討論、研究的熱點(diǎn)?!p碳”口標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要綠色制造業(yè)的發(fā)展,特別是在制造技術(shù)層面上進(jìn)行創(chuàng)新[1-2]。

  目前,復(fù)雜曲面齒形的制造工藝主要包括傳統(tǒng)的切削加工和塑性成形加工兩種形式,而我國(guó)大部分齒輪生產(chǎn)企業(yè)主要以切削加工為主[3],且以滾齒加工方法為普遍采用的切削加工方式,如圖1所示。滾齒加工方法會(huì)切斷材料的纖維組織,降低零件性能,同時(shí)加工效率低、材料浪費(fèi)嚴(yán)重[4]。齒輪的塑性成形加工方法中,常用的多齒軋制方法如圖2a所示,該方法主要適用于漸開(kāi)線齒輪的加工,對(duì)于復(fù)雜曲面齒形零件,由于嚙合關(guān)系復(fù)雜不易確定,滾齒法便不再適用[5];而圖2b所示的整體擠壓成形方法,由于擠壓力大,對(duì)設(shè)備要求很高,不能很好地適應(yīng)綠色制造的發(fā)展理念[6]。

  因此,本文針對(duì)復(fù)雜型面齒形的高效、高性能、綠色制造等問(wèn)題,提出了單齒徑向鍛造成形復(fù)雜型面齒形新工藝,分別介紹了包覆式錘頭和單齒型錘頭的徑向鍛造方式,并應(yīng)用Forge軟件對(duì)兩種成形方式進(jìn)行了有限元仿真分析,探討了兩種不同徑向鍛造工藝成形復(fù)雜型面齒形的合理性,得到了可行的復(fù)雜型面齒形徑向鍛造近凈成形方法。

  【結(jié) 論】

  (1)傳統(tǒng)齒形成形工藝中的切削方法材料浪費(fèi)嚴(yán)重,并且材料纖維組織被切斷而導(dǎo)致零件力學(xué)性能降低;而軋制、整體擠壓等塑性成形方法在成形大模數(shù)齒形時(shí)成形力太大,因此均不適用于大規(guī)格花鍵軸的成形。

  (2)徑向鍛造工藝因其高頻率、小變形鍛造量的成形特點(diǎn),成形力相比擠壓工藝小,較滾軋工藝更易鍛透心部,且可獲得內(nèi)部組織良好、表面品質(zhì)優(yōu)良的鍛件。

  (3)包覆式錘頭徑向鍛造齒形成形工藝存在四錘頭同時(shí)鍛打齒形充不滿,四瓣模具交界處模具發(fā)生干涉,交界處齒形發(fā)生畸變,若齒形充滿模具則分瓣模具退出時(shí)齒形被切掉等致命缺點(diǎn),不能成形出完整合理的齒形。

  (4)單齒型錘頭徑向鍛造成形工藝在成形過(guò)程中涉及頻繁啟停、精確分度、重復(fù)定位的要求,需要通過(guò)伺服控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)動(dòng)作,且該工藝形式可有效成形出具有合理齒形的齒形件,模具退出不會(huì)切斷齒形。

  以下是正文:

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標(biāo)簽: 成形