降低锻造齿轮的形变

齿轮制造技术对于列车的动力系统以及在汽车工业中都是非常重要的。我们的生产和生活中需要大量的高质量高性能的齿轮。这些复杂的部件的生产要求非常严格,需要非常稳定的工艺条件,很小的尺寸公差,只有这样才能在保证质量的前提下降低生产的成本。

然而,材料性能的不均匀,生产条件的微小变动,以及形状和安装条件的不完全对称会造成齿轮潜在的形变的可能。这类形变多是通过热处理的方法来消除,虽然我们知道生产过程的每一步都可能引入形变。此外,实验分析表明,材料在常用的表面硬化20MnCr5钢制盘状齿轮坯中的流动可能会有比较大的差异。

最近,德国不莱梅IWT的Rudiger Rentsch博士对这一问题进行了研究。他分析了不同的生产参数和锻造工艺扰动对盘状20MnCr5钢制轮坯形变的影响。除了实验所得到的数据意外,他还利用有限元分析对这些过程进行了模拟。

实验的结果表明形变的方向和大小取决于材料在盘内最终的分布状态。通过有限元分析,在考虑锻造工艺条件的情况下研究了不同参数、不对称性和工艺扰动对材料的行为的影响。

在工件高度上的温度梯度被认为对材料的流动变化及相关锻造轮坯的形变其决定作用。进一步的实验也证实了这个广为人知的经验:对称的截面和对称的锻造过程可以减小工件的形变。

而其它一些因素,如顶锻坯偏心放置、非对称的模具、工件摩擦或者温度分布等,对材料流动以及最终分布的影响基本可以忽略。所以这些工艺的扰动不被认为是造成材料流动分散性的原因。

H. Rentsch; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2012; DOI: 10.1002/mawe.201100890

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