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汽车单向器齿轮微织构控流冷挤压成形与摩擦润滑特性研究
| 论文题名： | 汽车单向器齿轮微织构控流冷挤压成形与摩擦润滑特性研究 |
| 关键词： | 汽车单向器齿轮;微织构控流冷挤压成形;工艺参数;摩擦磨损性能 |
| 摘要： | 单向器齿轮作为汽车自启停系统的重要零部件之一，其齿轮齿形质量直接影响到自启停系统的使用舒适性。目前，冷挤压成形方法因其高效、低耗、环保等优势广泛用于齿轮成形领域，但齿轮冷挤压成形存在齿形区金属填充不足、齿端成形塌脚过长、磷皂化润滑方式严重污染环境、摩擦模型对齿轮成形仿真结果影响较大等问题。 为了解决上述问题，本课题基于数值模拟提出微织构控流冷挤压成形方法，开展齿轮成形模拟中摩擦模型研究和齿轮成形试验，并结合激光表面微织构技术、固体润滑技术和摩擦试验探索新型冷挤压润滑处理方法。首先，采用UG建立齿轮冷挤压模具模型，并通过DEFORM-3D进行齿轮成形有限元模拟，分析存在的成形缺陷；其次分别在齿形凹模表面设计凹坑、三角形、沟槽微织构，进行不同形貌微织构控流成形模拟，确定沟槽微织构控流成形效果最好，并深入研究沟槽宽度、深度、密度和角度对齿轮成形性能的影响；然后基于摩擦试验获得的基础摩擦数据库进行压力、速度相关摩擦模型拟合，并与传统剪切摩擦模型的模拟结果进行对比，通过齿轮成形试验验证摩擦模型的准确性；最后开展沟槽微织构激光加工工艺研究，探究沟槽微织构参数和石墨烯、聚四氟乙烯添加剂对模具钢表面摩擦磨损性能的影响规律。论文的主要研究结论如下： （1）齿轮冷挤模拟中坯料轴向流动为主、齿形区坯料径向流动不足，导致齿形成形质量低，齿轮端面塌脚较长。 （2）凹坑、三角形和沟槽微织构能够改善金属径向流动状态，其中沟槽微织构方案的齿轮塌脚相比无织构处理方案缩短了22.3%。同时，齿轮塌脚长度均随沟槽宽度、深度和密度增加而先减小后增大，但随沟槽角度增加而持续增大，宽度100μm、深度20μm、密度30%、角度0°的沟槽微织构的控流效果最佳，齿轮塌脚长度仅3.03869mm，相比无织构处理方案降低了48.3%。 （3）基于摩擦数据库建立的压力、速度相关摩擦模型的模拟结果优于剪切摩擦模型，且速度相关摩擦模型的齿轮成形质量最佳，与实际齿轮冷挤压结果最为接近，齿轮塌脚误差仅为9.4%。 （4）沟槽微织构宽度和深度随激光功率、重复次数增加而增大；随扫描速度增加而减小。 （5）织构化模具表面摩擦系数随沟槽宽度、深度、密度增加而先减小后增大，随角度增加而持续增大。同时，织构化模具钢表面摩擦系数随石墨烯和聚四氟乙烯粉末添加量增加呈现先减小后增大趋势，其中含石墨烯润滑油的减摩效果优于聚四氟乙烯。 |
| 作者： | 彭锐 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 华希俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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