摘 要

圆锥螺旋齿轮摆辗成形工艺是一种较为先进的齿轮精密塑性成形工艺，主要优点有：省力、能源消耗低、投资少、模具寿命高、产品精度高、产品成形性能质量较好、生产效益高、易于实现机械化及自动化等优点。齿轮传统的加工方法是采用金属的切削加工工艺，材料的利用率低，生产的效率低，生产的成本较高，加工出的产品强度不高，寿命不长，相对于传统切削加工，精密塑性成形工艺有着巨大优势。

摆辗是一种在局部的连续的压力下的塑性成形工艺，相对于精密模锻，他成形力较小，摆辗工艺作为一种新型的加工方法，能以较小的力成形较大的零件，成形的大多为对称零件，工作切削量少或者不需要切削、生产效率高、节省成本等特点，摆辗工艺有着广阔的应用前景。

本文主要研究成果如下（1）对圆锥螺旋齿轮进行了建模；（2）设计计算了圆锥螺旋齿轮的摆辗工艺参数；（3）设计圆锥螺旋齿轮的模具；（4）利用有限元软件分析了摆辗过程中成形与载荷之间关系，促进摆辗成形工艺的进一步发展和实施，同时也促进了我国工业的发展。

关键词：摆辗；螺旋锥齿轮；有限元模拟；模具设计

Abstract

Orbital Forming conical helical gear technology is a more advanced gear precision plastic forming process, the main advantages are: saving, low energy consumption, low investment, die life, high precision products, product quality and forming better performance, high production efficiency , easy to implement mechanization and automation advantages. Gear traditional processing method is to use metal cutting technology, low utilization of materials, low production efficiency, high cost of production, processing of the product strength is not high, life is not long compared to conventional machining, precision plastic forming process has a huge advantage.

Orbital is a partial under continuous pressure plastic forming process, with respect to precision forging, forming his force is small, rotary forging process as a new processing method, forming a small force can be larger parts, forming mostly symmetrical parts, the work does not require cutting or less cutting, high production efficiency, cost savings and other characteristics, Orbital technology has broad application prospects.

    The main results are as follows (1) of the conical helical gears modeled; (2) the design calculations Orbital parameters conical helical gears; (3) mold design conical helical gears; (4) the use of finite element analysis software the pendulum run over the relationship between Cheng Zhongcheng load shape and promote the further development and implementation of Orbital forming process, but also to promote the development of China's industry.

Key Words：Orbital; spiral bevel gear; finite element simulation; mold design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究的现状和发展趋势 1

1.2.1 国外摆动辗压技术发展状况 1

1.2.2 国内摆动辗压技术发展状况 2

第2章 摆辗工艺 4

2.1 摆动辗压的工作原理和特点 4

2.2 摆头倾角的选择 5

2.3 摆头运动轨迹的选择 5

2.4 平均每转进给量 6

2.5面积接触率的计算  6

2.6 摆头转速 7

2.7 摆辗机公称压力 7

2.8摆辗机的选择 8

第3章 摆辗模具的设计 9

3.1 模具的特点 9

3.2 模具材料 9

3.3 模具的设计 10

3.3.1 摆动碾压件的设计 10

3.3.3 摆辗模具模膛设计 10

3.3.4 摆头与凹模间的间隙 11

3.4 模具的润滑与冷却 11

3.5 分型面的设计 11

3.6 摆辗凸模设计  12

3.7 摆辗凹模设计  13

第4章 有限元模拟 15

4.1 引言 15

4.2 DEFORM-3D的特点 15

4.3 圆锥螺旋齿轮的建模 16

4.4 圆锥螺旋齿轮的摆辗过程模拟 18

4.5有限元数值模拟结果及分析 19

第5章 总结与展望.........................................................................................................21

5.1 总结...................................................................................................................21

5.2 展望...................................................................................................................21

参考文献 22

致谢..................................................................................................................................23

第1章 绪论

1.1 引言

圆锥螺旋齿轮是用于传递两相交或者交错轴间机械传动的基础原件。其特点是传动比稳定，能稳定传动，承载能力高，耐磨损，使用寿命长，结构紧凑，节省空间，节约材料。圆锥螺旋齿轮广泛应用于国内外油田石化机械、各种机床、各种机械加工设备、船舶工业、航天工业、等行业领域。因此，圆锥螺旋齿轮研究有助于我国的工业发展，其研究水平是国家机械制造业发展水平高低的衡量，因此我们需要对其深入研究。

摆辗工艺作为一种新型的加工方法，能以较小的力成形较大的零件，成形的大多为对称零件，工作切削量少或者不需要切削、生产效率高、节省成本等特点，摆辗工艺有着广阔的应用前景。

1.2 国内外研究的现状和发展趋势

1.2.1 国外摆动辗压技术发展状况

国外的摆辗工艺发展比较早，技术也比较成熟。美国的Slick最先提出了摆辗工艺，于上世纪初将理论应用于实际制造了摆辗机，20世纪60年代末年波兰的教授马尔辛尼克发明了四轨迹摆辗机。后来一些国家也研制出了摆辗机，例如日本、瑞士，另外还有一些国家对该工艺进行了大量的研究，例如德国和前苏联，并取得了一定的成果。在2008年的时候，波兰的一位学者提出了一种新的摆辗成形技术，在原来的基础上，摆头下放了铁砧，通过铁砧和坯料发生作用，经过相关的试验后，实验的结果较为理想，改善了坯料在摆辗成形时的流动性，减少了摆头的受力，模具损坏时方便更换和修复。该技术促进了摆辗工艺的进一步发展。