花键冷敲机传动系统设计与分析

冷敲机是一种高速、重载、精密冲击成形设备,其传动系统的设计与性能直接关系到齿形轴类零件成形质量和精度。本文通过分析花键冷敲成形工艺原理,设计了花键冷敲机三大传动链,实现了滚打轮的旋转与工件的间歇分度运动、滚打轮的径向进给运动、工件的轴向进给运动之间的相互协调与精确同步;提出了冷敲机主要传动系统的设计计算方法。     

齿形轴类件冷体积成形研究现状及发展趋势

齿形轴类零件是各种机械装备中传动和承载的关键零部件,传统的机械加工制造方法浪费材料、机械性能和表面质量差、生产效率低,采用冷体积精密成形工艺可以克服上述缺点。本文分析了齿形轴类零件各种加工成形工艺;介绍了冷体积成形技术的原理、特点、研究现状和发展趋势;重点探讨了齿形轴类零件冷敲精密成形工艺原理、技术特点和装备研发的最新进展,以利于这种高效少无切削工艺和装备的推广应用。     

大模数花键冷敲成形质量实验研究

本文针对冷敲工艺特点,通过测定花键表面的粗糙度和硬度值对冷敲花键表面质量进行定量研究,并观察微观金相组织,对冷敲成形内部组织特点进行研究。实验结果表明:冷敲花键表面成形质量较高,粗糙度Ra达到了7~8级;冷敲过程中,齿形发生加工硬化现象,晶粒被打碎拉长,形成流体状纤维组织沿齿形分布,强度硬度都得以提高。冷敲加工工艺生产出的花键轴综合性能较高。     

花键冷敲精密成形接触面积数值计算与分析

通过分析冷敲精密成形的金属变形过程、加载过程和边界条件,建立花键冷敲精密成形接触面积数学模型,对接触面积进行理论计算;被成形件在滚压模具中连续快速发生局部塑性变形,为了对花键类零件冷敲精密成形工艺的机理和工艺力学进行研究,通过分析花键冷敲精密成形过程滚打轮与工件接触过程,建立工件进给量与滚打道次数值关系,得出工件进给量与各道次之间打入深度关系及各道次面积演化规律;应用MATLAB数值分析软件对接触面积影响因子进行数值计算与仿真分析。     

圆柱直齿轮冷锻成形工艺研究

本文针对直齿轮冷锻过程中齿腔充填困难、成形载荷大、模具寿命低的特点,采用轴分流和浮动凹模耦合工艺成形。利用有限元软件DEFORM-3D对该工艺进行数值模拟。对工艺成形过程中等效应力,等效应变、速度场、成形载荷等规律进行了分析。结果表明：该成形工艺可以有效的成形出齿形良好的齿轮,为此类齿轮冷锻工艺的应用与生产实践提供了理论依据。     

谐波减速器柔轮冷滚工艺及残余应力数值模拟

针对柔轮工作性能的特殊要求,分析并优化了传统柔轮冷滚压工艺模型,柔轮采用双圆弧齿廓曲线模型;依据修正的Johnson-Cook本构模型建立柔轮冷滚压成形有限元模型并加以验证。仿真结果表明,采用该模型能得到清晰的双圆弧齿形和较均匀的等效应变分布。文中还分析了不同工艺参数(进给速度、滚轮转速及摩擦系数)对柔轮轮齿表面残余应力的影响,结果表明:增大进给速度会降低轮齿表面的残余应力最大值,过大的进给速度会造成"凸起";适当降低滚轮转速和进给速度,可提高残余应力分布的均匀性;摩擦系数与残余压应力分布深度正相关.     

齿轮轴齿形轧制成形的模具设计与实验

将齿轮的轧制成形与传统的楔横轧原理相结合,在轧制成形轴类零件的同时实现齿形部分的轧制成形,不仅可以实现齿轮轴零件的近净成形,而且可以提高齿的承载能力及使用寿命.在轧制齿形部分的过程中,对轧件的进给采用分段阶梯式进给方式,轧件在模具的带动下以自由分度方式进行轧制.通过数学模型和实验,给出了轧制各阶段模具齿距的计算方法和变化规律、模具的齿形设计方法、模具对轧件首次分度时最小进给量的计算方法以及轧制各阶段进给量的变化规律.用De-form-3D数值模拟仿真软件模拟轧制过程,在H630轧机上轧制出模数m=2,齿数z=20,压力角a＇=20°的齿轮轴上的齿形,实验证明在楔横轧机上轧制齿轮轴上的齿形是可行的.     

变截面辊弯成形装备运动特性研究

针对U型变截面零件辊弯成形工艺要求,对变截面辊弯成形装备设计方案及其运动特性进行了研究。给出了变截面辊弯成形机的结构组成与工作原理、机构模型及其运动学方程,求解了符号形式的运动学逆解,获得了变截面辊弯成形机各个驱动轴的运动特性与末端轧辊路径的几何特性、机床结构参数以及加工速度之间的数学表达式。采用Mathematica编程对逆运动学进行仿真,获得了所有驱动轴的运动特性仿真曲线,仿真运动规律与成形工艺要求一致。基于设计方案制造了变截面辊弯成形装备,并完成了变截面辊弯成形零件的成形加工实验。实例仿真和实验结果表明:装备移动关节驱动轴的运动特性与机械结构参数、加工速度以及轧辊成形轨迹曲线有关,而转动关节驱动轴的运动特性只与轧辊运动轨迹曲线有关;新方案能够完成板材的进给、拉伸和折弯操作,实现连续的变截面辊弯成形加工,成形精度可达0.397mm。     

花键轴冷滚压成形的分齿条件

自由分度式花键冷滚压成形工艺,不具备分度装置,成形过程的分齿阶段对整个滚压过程的成败至关重要.为保证冷滚压加工的正确分齿,必须对影响冷滚压成形分齿阶段的花键参数和滚压模具几何参数给出限定条件.按照滚压成形前后工件(花键)体积不变的原则给出毛坯直径的计算公式;根据分齿阶段花键毛坯与滚压轮作等线速纯滚动的运动特征,推导保证正确分齿要求的滚压轮齿顶圆直径公式;根据滚压时的受力分析,给出旋转条件及滚压轮的齿数条件;分析主轴转速及径向速度对分齿时齿距累积误差的影响.对所得结论进行实验验证,按照理论计算的结构参数及工艺参数,可以滚压出4级精度的渐开线外花键轴.     

铣削过程多源扰动影响下直线电机推力电流频谱特性分析

针对机床实际铣削过程中进给系统受多源、多频扰动影响,特别是直驱进给系统由于"零传动"特性,运动精度受外界扰动影响更为显著的问题,研究了机床加工过程多源扰动机理、频谱特征及其影响下直线电机进给系统推力电流频谱特性,综合分析了铣削过程中刀具-主轴系统的多源扰动,建立了考虑刀具偏心跳动的铣削力模型、主轴离心力模型、主轴轴承振动模型,并分析多源扰动频谱特性。表征了多源扰动激励下直线电机进给系统输出位移波动特性,并在直线电机驱动的VMC0865机床上完成单轴进给切削实验。实验结果表明:在进给速度为1 500mm/min、主轴转速为5 000r/min、切宽为2mm、切深为2mm的情况下,X轴位移波动均方值从0.36μm增加到0.81μm,推力电流均方值从0.94A增加到1.15A;推力电流增加了主轴转频及其倍频、分频、边频的谐波成分;切削力会影响进给系统运动精度,从而影响零件加工质量和加工精度,验证了切削过程对直线电机进给系统推力电流频谱特征的影响;对比了不同切削参数对进给系统推力电流频谱特征的影响,明确了主轴转速是对推力电流频谱特征最为显著的切削参数。该研究对于直驱进给系统控制算法改进与加工参数选择具有重要指导意义。     

鼓形齿的成形磨削方法及其分析

本文从高效、低成本的目标出发,提出了成形磨齿机采用磨轮连续微量径向进给产生鼓形运动的方法,实现鼓形齿成形磨削,并分析了鼓形齿的形成运动对齿轮渐开线齿形的影响规律,得出了用磨轮微量径向进给产生鼓形运动的成形磨齿机磨齿时,必须在磨轮截形设计中计入由此产生的齿形误差的结论。本文的结论对成形磨齿机鼓形机构的设计和成形磨轮的截形设计具有现实的参考价值。并已应用于Y7316X小砂轮成形磨齿机中。     

定轴横轧大螺旋齿形轴类件关键技术

塑性成形大螺旋齿形轴类件与其现有的切削工艺相比,有着节材高效的明显优势,但其均匀分度成形难度大。轧制过程中轧件滚动半径的变化幅度较大,基于此建立与传动比相关联的模具辊型曲线的求解方程。通过有限元数值模拟,对轧制过程中模具和轧件传动比的变化规律进行研究,得到较为合理的转速比变化规律和模具辊型曲线形态。以螺杆阴转子为轧制对象,通过定轴横轧实验实现其非对称大螺旋齿形的均匀分度成形,成功解决大螺旋齿形均匀分度成形难的问题。     

汽车变速器输入轴塑性成形工艺

输入轴是汽车变速器中重要零件,针对其特殊结构提出一火加热和轧锻结合的塑性复合加工工艺,即采用圆柱坯料只进行一次加热,依次采用楔横轧和锻造工艺加工塑性成形输入轴。本文分别设计楔横轧和锻造模具,并进行相关实验。在锻造工艺中轴部圆角采用挤压方案成形,避免其出现折叠缺陷。阶梯轴作为两步工艺的中间产品,其在复合工艺过程中起到承上启下的作用,分别对阶梯轴锥角和轴长进行实验与分析,确定参数的最佳选取范围,并最终通过复合工艺加工成形输入轴。输入轴齿形填充饱满,各部分无缺陷。     

花键冷敲成形本构关系研究

花键冷敲成形归结于材料的动态塑性变形过程,为了研究该过程材料动态响应特性,对三种常用冲击载荷下材料本构模型进行理论解析,并根据花键冷敲成形工艺参数对JC本构模型进行修正改进;通过三种本构模型在不同应变率和温度条件下的应力情况,使用流动应力预测值和实验值之差来评估模型误差值。最终结合成形过程物理机制、工艺参数和误差对比,结果表明:在大范围应变率和温度条件下,各本构模型均有其在一定范围内的适用性和精度,但对于花键成形应变率和温度范围内,PTW模型的误差率最小,能够较好预测金属流动应力。     

楔横轧轧制螺旋齿形件力能参数的影响因素

针对楔横轧轧制螺旋齿形轴类件的成形过程复杂、轧制力与轧制力矩等力能参数受轧制条件以及工艺参数的影响规律复杂等问题,采用DEFORM-3D有限元软件模拟楔横轧轧制螺旋齿形件的成形过程,分析不同工艺参数对轧制力和轧制力矩的影响规律。在H630楔横轧机上进行轧制实验,分别采用AD7202压力传感器和TorqueTrak9000扭矩仪测试轧制过程中轧制力和轧制力矩,进而验证各工艺参数对力能参数的影响规律。研究结果表明:轧制力和轧制力矩随轧制温度的升高而减小,随齿高变化率、轧制速度以及轧辊直径的增加而增加,其中,轧制温度对力能参数的影响最明显,齿高变化率和轧制速度的影响次之,轧辊直径的影响最小;进行轧机设计时,为了确保轧机承受足够大载荷,一般选取较低的轧制温度、较大的齿高变化率和较大的轧制速度。     

滚打速度对花键冷敲精密成形过程的影响规律

针对花键冷敲成形工艺的特点,以ABAQUS软件为平台,采用动态显式有限元法对花键冷敲精密成形过程进行了三维数值模拟,研究并揭示了花键冷敲成形过程中滚打速度对滚打力、应变和金属轴向流动的影响规律,研究发现随着滚打轮旋转速度的增大,滚打力和等效应变逐渐增大;花键轴端面凸起系数增大,金属轴向流向增加,"塌陷"现象越来越严重。     

主轴和箱体类零件的机械加工工艺分析

典型零件的机械加工包括轴类零件、箱体类零件、拔动杆零件等等零件的加工,本文主要从主轴的主要技术要求,材料、毛坯和热处理,主轴的加工工业过程分析,及箱体类零件的结构特点和技术要求分析,材料和毛坯,主箱体类零件的加工工业过程分析等方面分析了主轴和箱体类零件的工艺。     

从动螺旋伞齿轮精密锻造数值仿真

对从动螺旋伞齿轮的精密锻造过程进行三维刚塑性有限元模拟，获得了齿形充填饱满的模拟齿轮锻件及其变形过程，阐述了螺旋伞齿轮精密锻造成形阶段分类和齿形充填模式．铅试件实验从齿轮外形和成形力两方面验证有限元模拟的正确性．根据相似理论，预测出从动螺旋伞齿轮冷精锻成形力50州左右，解释了大截面的螺旋伞齿轮难以冷精锻的原因，提出了从动螺旋伞齿轮精密塑性成形的工艺方案．     

车床主轴与进给轴耦合热误差建模及补偿研究

针对车床实际加工中主轴与进给轴的热误差相互耦合共同影响工件精度的问题,建立了综合热误差模型并进行了有效补偿。以海德曼HTC500/500精密车床为研究对象,对车床主轴与进给轴热误差的耦合关系进行了解耦;利用模糊聚类理论实现了车床测温点的优化分组,建立了主轴与进给轴的耦合热误差多元线性回归模型,并在精密车床上得到实际应用。结果表明:车床耦合热误差模型符合实际工况,模糊聚类有效降低了温度变量之间的多重共线性,提高了模型的预测精度;主轴x/z方向的预测精度达88.4%、90.7%,进给轴x/z方向的预测精度达82.9%、71.3%;补偿后车床x/z方向精度分别提高了60.3%、56.6%,证明了耦合热误差模型的准确性。     

水下缝合摩擦焊接试验装置的研制

为了深入研究水下及深水厚壁钢结构裂纹修复新技术——缝合摩擦焊的连接机理及特性,研制了一种可进行水下焊接的缝合摩擦焊实验装置。实验装置由机械系统、液压系统和电控系统三部分构成。机械系统包括基座、移动工作台、摩擦主轴头以及主轴头的高速旋转装置和轴向移动装置。液压系统为主轴头的高速液压马达提供动力。电控系统采用PLC为主控制器,通过控制伺服电机和液压伺服阀来分别控制主轴头的轴向进给运动和高速旋转运动,并提供操作方便的人机界面,对焊接过程和焊接参数进行实时跟踪和控制。本实验装置为缝合摩擦焊的工艺特性和连接机理研究提供了设备基础。