齒輪高效精密滾軋成形技術(shù)是一種新型齒輪制造方法,其技術(shù)特點(diǎn)是能保證金屬材料組織流線在制造過(guò)程中不被切斷,相對(duì)于傳統(tǒng)方法具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、齒輪制品疲勞壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì),受到廣泛關(guān)注。滾軋輪作為軋制模具,是滾軋成形設(shè)備的核心部件之一,滾軋輪直接與材料接觸并實(shí)現(xiàn)軋制成形工藝,其服役壽命和耐用性直接影響著生產(chǎn)的效率和成本。實(shí)踐表明,在大模數(shù)鋼齒輪滾軋成形的過(guò)程中,滾軋輪受到很大的循環(huán)載荷,如果設(shè)計(jì)不夠合理、工藝參數(shù)控制不當(dāng),極易發(fā)生輪齒疲勞斷裂失效現(xiàn)象,嚴(yán)重影響滾軋生產(chǎn)的正常進(jìn)行,而目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的研究十分有限。本文以某型齒輪滾軋成形平臺(tái)的軋制模具滾軋輪為研究對(duì)象,基于疲勞與斷裂力學(xué)理論,研究滾軋輪的服役壽命,為優(yōu)化成形工藝參數(shù)并提高滾軋輪的壽命提供有價(jià)值的參考。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)闡述疲勞失效的主要過(guò)程及機(jī)理、疲勞壽命定量計(jì)算與裂紋擴(kuò)展分析的方法,基于疲勞與斷裂力學(xué)理論,構(gòu)建適用于滾軋輪疲勞斷裂失效分析及服役壽命評(píng)估的研究方法;(2)以滾軋輪材料冷作模具鋼DC53為研究對(duì)象,基于極限拉伸強(qiáng)度估算材料的S-N曲線,確定冷作模具鋼DC53的壽命評(píng)估參數(shù);(3)基于非線性有限元方法模擬齒輪軸向滾軋成形工藝過(guò)程,分析滾軋過(guò)程中的載荷參數(shù),并建立滾軋輪的模具應(yīng)力分析模型,研究滾軋輪服役過(guò)程中的應(yīng)力演化規(guī)律;(4)基于有限元方法開(kāi)展?jié)L軋輪服役壽命研究,根據(jù)滾軋輪應(yīng)力演化規(guī)律及材料疲勞壽命參數(shù)研究滾軋輪服役條件下的疲勞壽命,根據(jù)材料斷裂力學(xué)參數(shù)研究滾軋輪輪齒表面萌生疲勞裂紋之后的裂紋擴(kuò)展壽命;(5)研究主要工藝參數(shù)坯料軸向進(jìn)給速度和滾軋輪轉(zhuǎn)速對(duì)滾軋輪應(yīng)力狀態(tài)與服役壽命的影響,為優(yōu)化齒輪滾軋成形的工藝參數(shù)并提高滾軋輪的服役壽命提供參考依據(jù)。本文采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的技術(shù)路線,基于疲勞與斷裂力學(xué)理論,對(duì)滾軋輪的疲勞斷裂失效進(jìn)行較為全面的研究。研究結(jié)果對(duì)滾軋輪服役壽命評(píng)估、設(shè)計(jì)選材優(yōu)化、成形工藝參數(shù)優(yōu)化等實(shí)際應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG333
【部分圖文】：

圖 3.3 冷作模具鋼 DC53S-N 曲線Fig.3.3 S-N curve of DC53 cold working die steel將式 3.8 所示的應(yīng)力-壽命關(guān)系表達(dá)式繪制成應(yīng)力-壽命曲線如圖 3.3 所示 曲線將作為材料的疲勞壽命模型用于全壽命的評(píng)估。3 裂紋擴(kuò)展壽命評(píng)估參數(shù)3.1 斷裂韌度依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 4161-2007 金屬材料 平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)方法》測(cè)定材料的斷裂韌度。課題組前期研究工作中已按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，測(cè)定冷鋼 DC53 的平面應(yīng)變斷裂韌度0.5= 22.18 M P a mIcK [78, 79]。3.2 裂紋擴(kuò)展速率依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T6398-2000 金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)方法》，定材料的裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)。課題組前期研究工作中已按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，由裂紋擴(kuò)展速率 da/dN 和應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍 ΔK 作圖并使

圖 3.4 裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn) da/dN-ΔK 曲線Fig.3.4 da/dN-ΔK curve of DC53 crack propagation test使用如式 3.9 所示的 Paris 公式對(duì)應(yīng)力比 R=0 條件下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率試據(jù)進(jìn)行擬合。mC( )daKdN 中：裂紋長(zhǎng)度；疲勞周次；/dN：?jiǎn)挝谎h(huán)的裂紋擴(kuò)展量，即裂紋的擴(kuò)展速率；：裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子變化范圍；m：材料常數(shù)。Paris 公式能較好的描述冷作模具鋼 DC53 的疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段行為，驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的材料常數(shù)如表 3.5 所示，試驗(yàn)所得材料參數(shù)將用于裂紋擴(kuò)展

圖 4.2 20CrMnTi 材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.4.2 Stress-Strain curve of 20CrMnTi steel將試驗(yàn)測(cè)定的壓縮曲線數(shù)據(jù)作為材料力學(xué)性能模型建立于 Deform 3D 材20CrMnTi 材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線用于齒輪滾軋成形的仿真分析。滾軋成形是形過(guò)程，伴隨著大量熱量產(chǎn)生，材料表面摩擦力相比于常規(guī)情況有所增加滾軋輪的摩擦系數(shù)取值為 0.2[28, 86]。.3 成形模擬結(jié)果由于塑性成形有限元計(jì)算消耗的計(jì)算機(jī)資源巨大，并且耗時(shí)嚴(yán)重，對(duì)計(jì)算合理的簡(jiǎn)化，可提高計(jì)算效率。本文重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容是齒輪滾軋成形設(shè)備重軋輪的服役壽命，本節(jié)研究齒輪滾軋成形過(guò)程的主要目的在于求解滾軋，因此可以對(duì)齒輪滾軋成形模擬的模型進(jìn)行部分簡(jiǎn)化。根據(jù)前期研究工作算的結(jié)果，單個(gè)輪齒成形模型與完整齒輪成形模型的模擬結(jié)果在滾軋輪方面并無(wú)差異，因此本節(jié)建立單個(gè)輪齒的滾軋成形仿真模型，坯料的成形 4.3 所示。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2847096