·250 北京科技大学学报 第36卷 结果横截面图.可以看出：随着轧辊齿形压入的深 在齿廓从动侧金属拉起更为严重. 度不断增大，轧件齿形不断长高，当进给量小时，轧 为了更清楚地反映出齿廓间相对滑动对齿形拉 件齿形长起高度不够，轧件主动侧齿廓有拉起趋势 起现象的影响，分别在剪切摩擦因数为0.2的情况 但不明显，如图8(a)所示；随着齿形的长高，轧件齿 下对常温下工业纯铅和1100℃的45钢进行成形仿 形出现“犄角”现象，如图8(b)所示，这与轧件齿廓 真，同时对剪切摩擦因数分别为0.8和0.2的 两侧所受剪切摩擦状况的变化相符合：轧制终止，轧 1100℃45钢滚轧过程进行模拟，比较他们最终的齿 件齿形呈现明显的“拉尖”现象，表现出从动侧齿形 形拉起高度.如图9(a)和(c)所示，铅和45钢在剪 高出主动侧齿形，如图8（©）所示，轧件齿项高超过 切摩擦因数为0.2时，铅的齿形两则相对拉高为 啮合节圆后，两侧齿廓两侧摩擦剪力方向改变，同时 2.88mm,齿形“拉尖”现象严重，且发现其齿廓两侧 随着变形量增大剪切摩擦力也有所增大，最终导致 相对齿顶中部都被拉起，呈现“犄角”现象.分析认 为，常温下工业纯铅的流变应力为40MPa,相比较 1100℃45钢大于100MPa的流变应力要小很多，在 剪切摩擦力的作用下更容易发生滑移变形.温度同 样为1100℃45钢在剪切摩擦因数为0.8时比摩擦 因数为0.2时齿廓上金属被拉起的相对高度大，如 b 图9(b)和(c)所示.分析认为，剪切摩擦因数大导 致轧件变形过程中齿廓上受到的剪切摩擦力大，大 图8轧制过程的有限元仿真结果.(a)h1=2mm:(b)h1=5 的剪切摩擦力促使齿廓金属发生较大的滑移变形最 mm:(c）h,=5.9mm 终导致齿形被拉起的相对高度大.仿真结果同时表 Fig.8 Finite element simulation results of rolling process:(a)h= 现为从动侧齿廓相对主动侧齿廓被拉高，这与其齿 2mm:(b)h1=5mm:(c)h1=5.9mm 廓所受剪切摩擦状况分析相符 1.13mn 2.88mm 3.26mm (a) b 图9铅和45钢的模拟齿形.(a)铅，f=0.2:(b)45钢，f=0.8:(c)45钢，f=0.2 Fig.9 Simulation tooth shape of lead and 45 steel:(a)lead,f=0.2:(b)45 steel,f=0.8:(c)45 steel,f=0.2 3.3齿轮滚轧成形实验 以理论和仿真分析为指导在齿轮滚轧机上进行 轧制实验，如图10所示为轧制的部分齿轮轧件.在 轧制过程中，轧件坯料采用铅和45钢两种.图11 (a)和(b)分别是铅和45钢轧件齿形的拉尖状况. 可以看出：铅坯料的齿廓金属拉起相对严重，且从动 侧齿廓明显高于主动侧，使齿形出现明显的拉尖；45 图10轧制完成后端面车过的齿轮轧件 钢坯料轧件两侧齿廓金属拉起相比铅坯料较轻，但 Fig.10 Rolled gear after turning end faces 仍表现出从动侧相比主动侧严重.在实验中采用石 墨润滑剂对轧辊齿形及坯料一些接触面进行充分润 实验结果与仿真结果及理论分析相符，当材料 滑，以此来降低轧辊齿廓和轧件齿廓的接触摩擦因 为变形屈服强度更小的铅时，齿廓上金属在剪切摩 数，最终轧制的齿形如图11(c)所示.虽然从动侧 擦力的作用下更容易变形，同时减小接触摩擦因数 相对主动侧被拉高，但可以看出齿形的拉尖被大大 可以大大改善轧件齿形“拉尖”状况.齿廓间相对滑 削弱. 动导致的剪切摩擦力方向的变化是轧件齿形从动侧北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 结果横截面图． 可以看出: 随着轧辊齿形压入的深 度不断增大，轧件齿形不断长高，当进给量小时，轧 件齿形长起高度不够，轧件主动侧齿廓有拉起趋势 但不明显，如图 8( a) 所示; 随着齿形的长高，轧件齿 形出现“犄角”现象，如图 8( b) 所示，这与轧件齿廓 两侧所受剪切摩擦状况的变化相符合; 轧制终止，轧 件齿形呈现明显的“拉尖”现象，表现出从动侧齿形 高出主动侧齿形，如图 8( c) 所示，轧件齿顶高超过 啮合节圆后，两侧齿廓两侧摩擦剪力方向改变，同时 随着变形量增大剪切摩擦力也有所增大，最终导致 图 8 轧制过程的有限元仿真结果． ( a) h1 = 2 mm; ( b) h1 = 5 mm; ( c) h1 = 5. 9 mm Fig． 8 Finite element simulation results of rolling process: ( a) h1 = 2 mm; ( b) h1 = 5 mm; ( c) h1 = 5. 9 mm 在齿廓从动侧金属拉起更为严重． 为了更清楚地反映出齿廓间相对滑动对齿形拉 起现象的影响，分别在剪切摩擦因数为 0. 2 的情况 下对常温下工业纯铅和 1100 ℃ 的 45 钢进行成形仿 真，同时对剪切摩擦因数分别为 0. 8 和 0. 2 的 1100 ℃45 钢滚轧过程进行模拟，比较他们最终的齿 形拉起高度． 如图 9( a) 和( c) 所示，铅和 45 钢在剪 切摩擦因数为 0. 2 时，铅的齿形两则相对拉高为 2. 88 mm，齿形“拉尖”现象严重，且发现其齿廓两侧 相对齿顶中部都被拉起，呈现“犄角”现象． 分析认 为，常温下工业纯铅的流变应力为 40 MPa，相比较 1100 ℃45 钢大于 100 MPa 的流变应力要小很多，在 剪切摩擦力的作用下更容易发生滑移变形． 温度同 样为 1100 ℃ 45 钢在剪切摩擦因数为 0. 8 时比摩擦 因数为 0. 2 时齿廓上金属被拉起的相对高度大，如 图 9( b) 和( c) 所示． 分析认为，剪切摩擦因数大导 致轧件变形过程中齿廓上受到的剪切摩擦力大，大 的剪切摩擦力促使齿廓金属发生较大的滑移变形最 终导致齿形被拉起的相对高度大． 仿真结果同时表 现为从动侧齿廓相对主动侧齿廓被拉高，这与其齿 廓所受剪切摩擦状况分析相符． 图 9 铅和 45 钢的模拟齿形． ( a) 铅，f = 0. 2; ( b) 45 钢，f = 0. 8; ( c) 45 钢，f = 0. 2 Fig． 9 Simulation tooth shape of lead and 45 steel: ( a) lead，f = 0. 2; ( b) 45 steel，f = 0. 8; ( c) 45 steel，f = 0. 2 3. 3 齿轮滚轧成形实验 以理论和仿真分析为指导在齿轮滚轧机上进行 轧制实验，如图 10 所示为轧制的部分齿轮轧件． 在 轧制过程中，轧件坯料采用铅和 45 钢两种． 图 11 ( a) 和( b) 分别是铅和 45 钢轧件齿形的拉尖状况． 可以看出: 铅坯料的齿廓金属拉起相对严重，且从动 侧齿廓明显高于主动侧，使齿形出现明显的拉尖; 45 钢坯料轧件两侧齿廓金属拉起相比铅坯料较轻，但 仍表现出从动侧相比主动侧严重． 在实验中采用石 墨润滑剂对轧辊齿形及坯料一些接触面进行充分润 滑，以此来降低轧辊齿廓和轧件齿廓的接触摩擦因 数，最终轧制的齿形如图 11( c) 所示． 虽然从动侧 相对主动侧被拉高，但可以看出齿形的拉尖被大大 削弱． 图 10 轧制完成后端面车过的齿轮轧件 Fig． 10 Ｒolled gear after turning end faces 实验结果与仿真结果及理论分析相符，当材料 为变形屈服强度更小的铅时，齿廓上金属在剪切摩 擦力的作用下更容易变形，同时减小接触摩擦因数 可以大大改善轧件齿形“拉尖”状况． 齿廓间相对滑 动导致的剪切摩擦力方向的变化是轧件齿形从动侧 · 052 ·