毕业设计（论文）-齿轮轧制法加工过程仿真.doc

1 绪论 1.1 轧制简介 齿轮的轧制是用带齿的轧制工具在上轧出齿廓的回转成形工艺。具有生产率高、省材料和易于实现自动化等，并且由于齿部金属沿齿廓分布，齿轮寿命长、强度高。如图1-1所示为轧制原理的示意图，金属坯料的轧制是依靠上下轧辊与金属坯料之间的摩擦力进行轧制的，开始时金属工件进入到轧制区域内，这个轧制区域是有上轧辊和下轧辊组成的。为了获得所需的金属产品，金属坯料需要较小的尺寸，较小的尺寸是经过轧制后从较大的尺寸中得来的。轧制法是金属材料非常重要的工艺，轧制工艺也是生产钢材非常重要的方式。此外各种板材，型材，管材和各种零件等也可以用轧制法来加工。用轧制法生产零件具有节省材料，生产效率高，成本低，零件性能好等优点。在轧轧制时有一种方法可以划分轧辊的运动，是按照轧制时转动速度的不同进行划分的，当转动速度相同时为同步轧制，当转动速度不同时我们叫他为异步轧辊。此外根据轧制温度的高低可以分为冷轧和热轧两种，生产精度不高的大模数齿轮时用热轧，当生产精度高的小模数齿轮时用冷轧，也可以采用热粗轧，最后在采用冷精轧。直齿，人字圆柱齿轮和可以用横轧齿轮也可以用轧制链轮，此外橫轧分为冷轧和热轧。 图1-1 轧制原理示意图 在再结晶温度以上进行的轧制为热轧，热轧的优点是生产成本低，节省材料，需要的能量消耗也会降低很多。金属的塑性在受到轧制后比之前的好，变形抗力降低。金属的能量使用可以降低很多，而且可以使铸造形态的粗大晶粒破碎，从而使合金及金属的加工工艺性能显著提高。此外使钢锭的铸造组织破坏，消除显微组织缺陷，钢材的晶粒得到细化，因此可以使钢材组织密实，改善力学性能。轧制可以使主体在轧制方向上得到改善，因此使钢材的各向同体性在一定程度上降低。轧制也可以增加裂纹愈合，或消除铸造缺陷，? 在现在工业的发展中，我们需要的机械的工作精度会愈来愈额高，相比较而言，所需要的工作精度肯定会、不断地增高。再生产中由于需要的传递的功率肯定会越来越高，对转速的也要求肯定也会不断提高。所以，我们对齿轮及其精度肯定也很高。。 齿轮的加工方法有冲压法，挤压法，铸造法以及切削法等，现在主要是用切削加工。齿轮加工的关键和核心是齿面的加工。齿轮磨削加工和刀具切削加工是齿面加工的主要方法。目前广泛使用的齿面加工方法是切削加工，因为切削加工精度较高，效率较高，而磨削加工主要用在齿面的精加工上。按照齿轮的加工原理的不同齿轮的切削加工方法分为范成法和仿形法。利用与被加工齿轮的轮廓相同的刀具是成形法。成形法加工齿轮的特点是不需要专门的机床，生产成本较低，缺点是精度较低，生产效率较低。利用齿轮的啮合原理进行加工齿轮的方法是范成法，展成法的生产效率高和精度高，因而在工业中生产齿轮时大部分用展成法。而用热轧法生产出的齿轮具有强度高，硬度高，寿命长，生产效率高，节约资源等优点。因此，基于以上的优点，采用热轧法生产齿轮具有比其他方法更好的优点。 齿廓是通过齿辊与工件间的相互碾压而形成的。在轧制过程中只会产生很少的碎屑，所以既提高了生产率，又节约了很多材料。轧制是一种无屑或少屑的加工工艺，所以齿轮轧制可以大大的节约材料，同时可以提高生产的效率。轧制后的齿根具有在轧制后齿根部分的强度高，因此齿轮的性能好，产品的使用周期长。 毛坯外缘需要用感应加热后才可以轧制，毛坯外缘会以很快的速度加热到很高的温度，使毛坯外缘迅速加热至高温，且适用于压力加工的成形，向毛坯内部传导的热量会慢些，由于毛坯内部是维持在比较低的温度和相对较高的的硬度和强度内，所以毛坯会处于理想热加工状态，这个状态就是外柔内刚。将轧制轮做径向进给，轧制轮是齿形的，此时毛坯2和轧轮就会实现对辗的状态。毛坯上的部分金属由于毛坯和轧轮对碾就会形成一部分齿谷，相邻部分的金属被轧轮齿部“反挤”而上升，形成齿顶[3]。图1-2是齿轮热轧过程中的示意图。 通过热轧的方法可以对直齿轮，圆柱齿轮和人字齿轮进行加工，使用要求不高的齿轮可以通过热轧的方法进行制造。轧制后的齿轮就可以直接运用到机械中。剃齿、磨齿、研齿和珩齿等齿轮要求的加工精度高，这时第一步先需要热轧成形，第二步再用精加工的方式对齿轮进行处理。在轧制过程中，对加热设备的要求较高，这时因为轧制时材料受到的应力可能会很大，当加热设备性能和质量不好时，热轧出的齿轮的精度就会很低。 有限元仿真法的优点是生产投资低，生产的效率高。有限元仿形法可以进行工艺规律分析，不但能产生很大的经济效益，而且可以加速理论、试验研究的进程，因此得到越来越广泛的应用。 1.3 有限元法简介 将结果离散化是有限元分析方法的重要思想。用比较简单的思路替换比较复杂的思路的方法就是有限元分析法。。我们采用有限元法这种方法，可以增快仿真计算时的精度计算精度，而且也可以提高计算效率，由于有限元仿真的方法，可以适应很多复杂形状的加工。由于以上的考虑