Исследование по уменьшению дефектов складчатости металла на формируемой вершине зуба чистовым роликом в процессе прокатки зубьев

Jul 14, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4691 (2023) Цитировать эту статью

268 Доступов

Подробности о метриках

Процесс поперечной прокатки — это новый метод изготовления шестерен большого диаметра, имеющий большие преимущества. В то время как в процессе изготовления зубчатых колес поперечной прокаткой из-за различия механизма деформации правого и левого формованных профилей зубьев вершина вытягивается за вершину зуба заготовки, что сильно влияет на качество штамповки. Для устранения возникшего дефекта предложен и спроектирован чистовой ролик, установлено и решено уравнение движения чистового ролика, получен принцип увеличения высоты формируемого зуба. А также в программе DEFORM-3D создана упрощенная конечно-элементная (КЭ) модель с чистовым и нечистовым роликом. Проанализировано сравнение результатов моделирования между двумя ситуациями, и можно сделать вывод, что при использовании чистового ролика выступы с обеих сторон вершины зуба заготовки на каждом этапе сглаживаются чистовым роликом, а скопление вершины зуба выступов не будет, а значит, не потребуется выдавливание и чистовая обработка вершины зубьев заготовки. Кроме того, проводится эксперимент с финишным валиком и может быть проверена эффективность финишного валика.

Процесс прокатки зубьев — это новый метод изготовления зубчатых колес большого диаметра, который имеет большие преимущества, такие как более высокая производительность, значительная экономия металла, повышенная грузоподъемность и увеличенный срок службы инструмента по сравнению с традиционными методами производства1. Однако в процессе изготовления зубчатых колес накаткой из-за разницы механизма деформации между правым и левым профилями зубьев на вершине зуба вытягивается вершина, называемая заячьим ухом, как показано на рис. 1, что серьезно влияет на качество формовки, что приводит к дефекту складчатости металла на сформированной вершине зуба.2

Ухо кролика на вершине зуба сформированной заготовки2.

Уменьшению этого дефекта посвящено множество исследовательских работ. Камуне проанализировал дефект уха кролика на вершине зуба с помощью сочетания метода конечных элементов и эксперимента и предложил возможное решение по уменьшению дефекта. Однако возможное решение не было проверено экспериментом3,4,5. Ю и др. изучили формование вала шестерни методом поперечно-клиновой прокатки, проанализировали влияние температуры прокатки, силы трения, формы заготовки и других изменений на явление заячьего уха и пришли к выводу, что дефект вызван восходящим потоком металла по профиль зуба, вызванный трением между штамповым зубом и формованным зубом заготовки. При этом меры по уменьшению дефекта не были упомянуты6. Ван изучил формование зубчатых колес методом КЭ, количественно оценил явление дефекта уха кролика и изучил влияние различных параметров процесса на сгибание металла на вершине зуба. Высота кроличьего уха была эффективно уменьшена за счет предварительной формовки заготовки и оптимизации параметров процесса. Однако все данные исследования были основаны на моделировании методом конечных элементов, и ни одна экспериментальная проверка не проводилась7,8. Чжу изучил влияние относительного скольжения между профилями зубьев на текучесть металла в процессе прокатки, проанализировал факторы, влияющие на дефект «заячьего уха», и подвел итог: для формовки шестерен со стандартной высотой зуба полезно повысить температуру формовки и снизить трение. для уменьшения дефекта уха кролика. После прессования шестерни для окончательной обработки можно устранить дефект сгиба металла на кончике зуба и провести эксперименты по прокатке.9

Однако при формовке передач с большим модулем упругости (более 5) или высокозубых передач оптимизация технологических параметров не позволяет устранить дефект складок металла на формируемой вершине зуба10. Поэтому в данной работе разработано устройство отделочного валика. Как показано на рис. 2, в процессе прокатки зубьев высота зуба заготовки постепенно увеличивается, чистовой ролик перекатывается по вершине зуба, а подтянутый за счет трения металл прижимается, чтобы предотвратить скопление заячьего уха. Кроме того, можно устранить дефект металлического сгиба на кончике зуба.