高速精密冷滾打成形技術研究.pdf

1、高速精密冷滾打成形技術是利用金屬塑性成形的特點，采用高速旋轉的滾打輪塒毛坯進行滾壓和打擊強迫金屬流動，形成零件廓形的一種凈成形加工方法。漸開線花鍵冷滾打技術是一種無屑復雜塑性成形技術，其基本原理是在滾打輪和花鍵軸運動關系中，滾打輪以連續(xù)、高速的方式單點擊打花鍵軸，使花鍵軸局部塑性變形形成漸開線花鍵。本文針對漸開線花鍵的冷滾打成形過程進行研究，以形成高速精密冷滾打成形的共性關鍵技術，從而形成一種無切屑、高效率、高質量的綠色制造技術。

2、 本文以理論分析與試驗技術相結合的方法，在深入分析漸開線花鍵冷滾打技術基本原理的基礎上，對漸開線花鍵冷滾打過程進行了分析，重點研究了漸開線花鍵冷滾打運動系統(tǒng)及數(shù)學模型、漸開線花鍵冷滾打過程的動態(tài)響應及其應力波；揭示了漸開線花鍵冷滾打過程中的金屬流動規(guī)律和變形機理；在分析滾打輪的設計和制造技術的基礎上，開發(fā)了滾打輪CAD系統(tǒng)和滾打輪磨削仿真系統(tǒng)；對研究成果進行了試驗驗證。 分析了漸開線花鍵冷滾打的原理及運動關系，得出連續(xù)分度冷滾

3、打花鍵時，滾打輪與工件之間的傳動關系式；提出了滾打輪安裝角調整方法及關系方程，建立了安裝角的計算模型，解決了花鍵連續(xù)分度冷滾打過程中不可避免的干涉現(xiàn)象，并討論了安裝角對花鍵精度的影響規(guī)律，從而給出了一種安裝角優(yōu)化選取方法。 建立了漸開線花鍵連續(xù)冷滾打的系統(tǒng)坐標系；基于空間嚙合原理，構造了連續(xù)分度冷滾打運動模型，提出了一種冷滾打漸開線花鍵齒廓誤差的計算方法，并分別從運動關系、嚙合原理、齒廓成形運動、嚙合函數(shù)等方面對花鍵的成形原理進

4、行了分析，揭示了漸開線花鍵冷滾打成形方法為范成法的本質。以此為基礎，建立了滾打輪設計的數(shù)學模型。 建立了漸開線花鍵冷滾打運動系統(tǒng)三維實體模型，以應力波理論為基礎，建立了花鍵冷滾打的應力波模型及花鍵冷滾打成形中應力波的傳遞規(guī)律，獲得了應力波的波速，并通過仿真驗證，揭示了應力波對花鍵冷滾打成形的影響機理；根據(jù)彈塑性線性強化系統(tǒng)動態(tài)響應理論，建立了彈塑性線性強化系統(tǒng)動態(tài)響應的數(shù)學模型，利用該模型對漸開線花鍵冷滾打過程的動態(tài)響應進行了分

5、析，分析了不同冷滾打速度和不同應變率條件下應力響應變化情況和變形情況。 建立了花鍵冷滾打大變形動態(tài)本構模型；通過有限元方法，對花鍵成形過程、不同時刻的應力分布、應力隨時間的變化過程、不同時刻的應變分布、塑性應變隨時間的變化過程、齒形誤差、成形尺寸、彈性變形及摩擦對花鍵冷滾打成形的影響等的分析，給出了花鍵冷滾打過程的金屬流動最小阻力定律；揭示了漸開線花鍵冷滾打成形的機理，試驗結果驗證了分析模型和方法的正確性。研究了滾打輪設計和制造

6、技術；分析了滾打輪設計原則、滾打輪數(shù)學模型彈性修正滾打輪材料優(yōu)化、滾打輪的熱處處理技術，給出了滾打輪CAD算法及磨削仿真算法，構建了漸開線花鍵滾打輪CAD系統(tǒng)的總體框架，開發(fā)了漸開線花鍵滾打輪CAD系統(tǒng)，實現(xiàn)了滾打輪設計的參數(shù)化；建立了磨削滾打輪的砂輪廓形和砂輪廓形圓心的運動軌跡方程，開發(fā)了漸開線花鍵滾打輪磨削仿真系統(tǒng)，解決了漸開線花鍵滾打輪磨削時因其廓形復雜、精度要求高等因素難于磨削的難題。應用結果表明滾打輪的設計及制造方法是正確的。