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近年来,随着机械工业的飞速发展与世界各国制造业竞争的加剧,精密塑性成形技术作为先进制造技术的重要组成部分,已成为当今塑性加工领域重点研究和发展的方向之一。以精密锻造代替传统加工成形工艺,可以达到节省能源和原材料、提高生产效率和产品质量、降低成本的目的。齿轮轴是传递运动和动力的最基本部件之一,广泛应用于汽车、拖拉机、机床、农机具等机械传动系统中。齿轮轴热锻成形,其模具工作在高温、高压状态下,模具磨损严重,寿命较短。针对目前我国工业发展的现状,提高热锻模具的使用寿命具有极为重要的现实意义。
随着计算机硬件技术、有限元方法及计算机图形学等学科的迅猛发展,基于数值模拟的计算机辅助工程技术在金属塑性成形领域得到了广泛应用,实现了金属成形过程的计算机仿真。应用有限元模拟技术可以得到热锻模具的各种力学性能、磨损等参数,是优化齿轮轴成形参数的有力工具。本文将适用于温热锻磨损计算模型嵌入有限元分析软件DEFORM中,得到需要的参数,根据所得参数总结出模具初始温度、坯料初始温度、成形速度及摩擦系数与模具磨损量的关系,并选择磨损量及齿轮轴齿形尺寸公差作为模具寿命的评估标准,估算出模具的寿命。
锻模的损坏失效与其所受负荷密切相关,热负荷不断恶化锻模材料的工作性能,破坏型腔表面的承载能力,机械负荷使业已恶化的型腔表面加速破坏,二者虽然性质不同,但由于同时作用在模具的工作表层上,故对锻模的损伤起到了相互促进的作用,由于热锻模的工况恶劣,直接影响到模具的使用寿命。本文对模具的应力、变形及温度场进行分析,以期控制弹性变形,提高锻件尺寸精度及预测模具断裂等失效。
本文最后对研究成果进行总结和展望,并提出存在的问题和进一步研究的方向。