第12期 于杰等：齿轮轴齿形轧制成形的模具设计与实验 ·1547· 2.4进给量的分配与最小进给量的计算 数，R,是模具的齿顶圆半径，L,是模具与轧件的中 模具对轧件的进给量△S,是指各阶段模具对轧 心距 件的压入量.进给量△S在轧件每转动半周时调整 r△S1nmia>ro+R.-Lo 一次，整个轧制过程中需要几个进给阶段以及各个 阶段进给量的多少是影响正确分度和成形质量的主 R.=√后+-2 cs号 要因素，各阶段进给量可以按下式计算： 360 rAS=R-R-1,i=2,3,4,… Z (2) l△S,=R1+d/2-Lo 式中，R为模具各阶段齿顶圆半径，R,为模具第1阶 段齿顶圆半径，d为轧件初始直径，L。为轧件与模具 中心距离。实验表明模具对轧件的进给量应按照先 多后少的变化趋势进行分配，如图7所示.模具对 轧件首次分度的过程是一个非常重要的过程，它必 须保证在轧件上均匀地轧制出设计的齿数以确保不 发生乱齿.模具第一个阶段的进给量△S,也是影响 正确分度和齿坯成形质量的关键因素.如果△S,过 图9△Sn求解图 大，金属流动方向更倾向轴向而不是径向；△S,过 Fig.9 Chart of solving AS 小，就有可能导致首次分度不正确的发生.图8就 是由于△S,过小导致不能正确分度的情况，在分度 3 数值仿真与实验 过程中模具上前一个齿1己经与轧件脱离接触时， 后一个齿2还没有与轧件接触，即使模具再转过一 利用数值仿真软件Deform3D软件模拟齿轮轴 个角度也不会带动轧件转动直到齿2与轧件接触时 上齿形部分的轧制过程，能够在模型中获取大量的 才会带动轧件转动. 数据信息供研究分析.图10是通过Solidworks软件 1.5 创建模型并导入到Deform3D软件中的模型.齿轮 12 坯参数是m=2,z=20,a'=20°，为了使轧件的中 1.0 心在轧制过程中保持在上、下模具中心线位置，可以 在轧件的两边设置导板约束轧件的窜动.轧件划分 0.5 0.6 的网格数是10万个，能够准确地模拟轧制过程中金 0.3 02 0.2 属的塑性变形过程及流动 2 3 轧制阶段 图7进给量变化趋势 Fig.7 Trend of feed change MU∩∩ 图10数值仿真模型 Fig.10 Numerical simulation model 图8进给量△S,小不能正确分度图 Fig.8 Feed AS to make workpieces not to be correctly graduated 图11是模具构成和各阶段模具齿形图，模具齿 为了保证模具对轧件首次分度能够准确进行， 形参数是m=2,z=300,a'=20°，模具分为五个阶 △S,就必须有最小值△Sn的约束.图9是△Smn求 段，各个阶段的模具齿形如图11所示.轧件为45# 解图，是轧件的初始外圆半径，z1是轧件的设计齿 钢加热到1150℃时在自由分度的方式下进行轧制，第 12 期 于 杰等: 齿轮轴齿形轧制成形的模具设计与实验 2. 4 进给量的分配与最小进给量的计算 模具对轧件的进给量 ΔSi是指各阶段模具对轧 件的压入量． 进给量 ΔSi在轧件每转动半周时调整 一次，整个轧制过程中需要几个进给阶段以及各个 阶段进给量的多少是影响正确分度和成形质量的主 要因素，各阶段进给量可以按下式计算: ΔSi = Ri － Ri － 1，i = 2，3，4，… {ΔS1 = R1 + d /2 － L0 ( 2) 式中，Ri为模具各阶段齿顶圆半径，R1为模具第 1 阶 段齿顶圆半径，d 为轧件初始直径，L0为轧件与模具 中心距离． 实验表明模具对轧件的进给量应按照先 多后少的变化趋势进行分配，如图 7 所示． 模具对 轧件首次分度的过程是一个非常重要的过程，它必 须保证在轧件上均匀地轧制出设计的齿数以确保不 发生乱齿． 模具第一个阶段的进给量 ΔS1也是影响 正确分度和齿坯成形质量的关键因素． 如果 ΔS1过 大，金属流动方向更倾向轴向而不是径向; ΔS1 过 小，就有可能导致首次分度不正确的发生． 图 8 就 是由于 ΔS1过小导致不能正确分度的情况，在分度 过程中模具上前一个齿 1 已经与轧件脱离接触时， 后一个齿 2 还没有与轧件接触，即使模具再转过一 个角度也不会带动轧件转动直到齿 2 与轧件接触时 才会带动轧件转动． 图 7 进给量变化趋势 Fig． 7 Trend of feed change 图 8 进给量 ΔS1小不能正确分度图 Fig． 8 Feed ΔS1 to make workpieces not to be correctly graduated 为了保证模具对轧件首次分度能够准确进行， ΔS1就必须有最小值 ΔS1min的约束． 图 9 是 ΔS1min求 解图，r0是轧件的初始外圆半径，z1是轧件的设计齿 数，Ra 是模具的齿顶圆半径，L0 是模具与轧件的中 心距． ΔS1min ＞ r0 + Ra － L0 Ra = r 2 0 + L2 0 － 2r0 L0 cos φ 槡 2 φ = 360 Z        1 图 9 ΔS1min求解图 Fig． 9 Chart of solving ΔS1min 3 数值仿真与实验 利用数值仿真软件 Deform-3D 软件模拟齿轮轴 上齿形部分的轧制过程，能够在模型中获取大量的 数据信息供研究分析． 图 10 是通过 Solidworks 软件 创建模型并导入到 Deform-3D 软件中的模型． 齿轮 坯参数是 m = 2，z = 20，a' = 20°，为了使轧件的中 心在轧制过程中保持在上、下模具中心线位置，可以 在轧件的两边设置导板约束轧件的窜动． 轧件划分 的网格数是 10 万个，能够准确地模拟轧制过程中金 属的塑性变形过程及流动． 图 10 数值仿真模型 Fig． 10 Numerical simulation model 图 11 是模具构成和各阶段模具齿形图，模具齿 形参数是 m = 2，z = 300，a' = 20°，模具分为五个阶 段，各个阶段的模具齿形如图 11 所示． 轧件为 45# 钢加热到 1 150 ℃时在自由分度的方式下进行轧制， ·1547·