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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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齿轮齿面超声挤压强化有限元模拟

赵慧玲  张勤俭  房善想  
【摘要】:齿轮作为生产实际中重要的传动部件,在机械工程领域发挥着不可替代的作用。随着我国高速列车、工程机械以及航空航天技术的飞速发展,对于齿轮、特别是高速重载齿轮的综合性能的要求日益增高。目前,常用的齿轮表面强化方法主要有渗碳渗氮、涂层强化、激光淬火等传统工艺方法,以及近年来新兴的超声喷丸等强化方法。这些强化方法虽然在一定程度上改善了齿轮表面的性能,但仍不能彻底解决齿轮疲劳破坏问题。随着超声波技术的发展,超声挤压强化技术在表面强化领域显示出了独特的优势。将其引入到齿轮强化的工艺过程中对齿轮的表面性能的改善具有重要意义。本文采用有限元分析法将超声挤压强化应用于齿轮齿面,研究超声挤压强化过程中不同参数对齿轮表面残余应力的影响规律。首先建立了齿轮超声挤压强化的三维有限元模型,然后基于该模型研究了静压力、进给速度、振幅对齿轮超声挤压后表面残余应力的影响规律。结果表明:超声强化后齿轮表面残余应力约在360MPa。随着静压力的增大,最大残余应力和强化层深度都会增加,且变化程度较大,说明静压力对残余应力的影响至关重要。因为在超声挤压强化过程中,齿面受到工具头的静压力和高频动态冲击力的综合作用,材料内部产生塑性变形,形成残余压应力。增大静压力,可使齿面获得更多的能量,从而使得塑性变形进一步增大。因此,可以通过适当地增大静压力来提高齿轮表面的残余压应力。随着进给速度的增大,最大残余应力和强化层深度都会减小。因为当进给速度增大时,相邻冲击点之间距离增大,单位面积内冲击密度降低,齿轮表面被冲击的次数减少,使得齿面弹塑性变形减小,强化层深度减小,齿面最大残余应力也会随之减小。随着振幅的增大,表面最大残余应力和应力层深度都会增加,但是增加的程度不是很明显。因为在齿面超声挤压过程中,振幅影响动态冲击力,在其它工艺参数相同的情况下,不同振幅产生的动态冲击力差别较小,因此对残余应力影响较小。
【作者单位】:北京交通大学机械与电子控制工程学院
【基金】:江西省高等学校科技落地计划资助项目(KJLD14044)
【分类号】:TG376;TG663;TH132.41

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