直齿圆柱齿轮冲挤精锻变形分析

图8分流面右半部(无齿)-z曲线

图9分流面左半部(有齿)-r曲线

图10分流面右半部(无齿)-r曲线

图11分流面左半部(有齿)-z曲线

图12分流面右半部(无齿)-z曲线

四、结果分析

1.云纹图象

由图3、4所示场和场云纹图可见：

(1)在冲头端面和齿顶小凸包附近，云纹十分密集，说明这些区域的金属塑性变形和应变较大。其它区域的云纹相对稀疏，应变相对较小。

(2)在齿底角部和冲头根部没有云纹，说明这些区域可能是刚性区或粘滞区。

(3)由于分流面左右部分不对称，云纹在整体上也不对称，但在一些局部对称区域如冲头端面及凹模顶杆外缘附近，云纹较对称，说明这些区域的变形体位移和应变较对称。

(4)在冲头附近区域，场云纹和场云纹基本上和基准栅栅线平行，说明这些区域主要存在正应变。其它区域云纹基本上与基准栅栅线斜交，说明正应变和剪应变均有一定的量值。

(5)各级云纹在顶杆顶部外缘处(r≈15mm)汇集，形成放射状云纹，说明此处的金属变形流动十分激烈，存在应变集中现象，其应变源集中在云纹射线的中心。从实际情况看，是因为有少量金属从此处凹模芯和顶杆间的结合缝隙中挤出。
(6)冲头圆角处、顶杆外缘和齿部小凸包等区域是位移速度的“奇异点”，各种不同的流动速度均在此处汇合。

2.位移速度场

由图5～12所示位移速度场曲线可知：

(1)变形金属径向位移速度是这样分布的：其方向一直与r轴相同，其值在锻件中心处为零，然后沿r轴正向逐渐增大，在某处达到最大后，又转而递减，直到在凹模壁处减小到再次为零为止。取得最大值的区域分布在冲头圆角(r=9～10mm,z≤4.35mm)、冲头侧壁和凹模壁之间(r＝18～20mm，z≥4.35mm)等处。不过由于坯料被剖分贴密栅片，金属流到凹模壁处有少许被挤入缝隙，稍大于零。

(2)轴向位移速度是这样分布的：冲头台肩锻靠凹模前，在r＝0～7mm区域内方向与z轴相反，大小由冲头端面沿z轴反向逐渐递减至凹模底面为零：在r＝7～10mm之间的半截锥面是分流面，方向发生逆转，大小约为零；在r＞10mm区域内，方向与z轴相同，大小沿z轴正向逐渐增大。锻靠后，方向与z轴相反，大小沿z轴反向逐渐递减至凹模底面为零。

五、结论

本文应用密栅云纹法研究了直齿圆柱齿轮冲挤精锻变形。根据实验获得的变形终了阶段锻件分流面的云纹图像，导出了相应的位移速度场，并据此对金属变形进行了分析，为进一步应用密栅云纹法研究直齿圆柱齿轮冲挤精锻的应变分布提供了依据。

*江西省科委资助科研项目

参考文献
1林治平等.直齿圆柱齿轮精锻工艺的实验研究.锻压技术，1991，16(6)：10～14
2曹起骧等编著.密栅云纹法原理及应用.北京：清华大学出版社，1983.
3李庆扬等编.数值分析.武汉：华中工学院出版社，1986.