弧齿锥齿轮加工刀具设计及切削性能评价分析
弧齿锥齿轮主要在汽车及航空等领域有较多的应用，具有承载能力更强、重合度更高和传动噪音更小等特点。随着中国汽车及航空航天等制造业的发展，弧齿锥齿轮的应用更加广泛。20CrMnTi为目前弧齿锥齿轮的常用材料，20CrMnTi的高硬度、化学反应性强和散热性差等特点使得端面滚切弧齿锥齿轮加工性较差，较大的切削力和较高的切削温度容易导致弧齿锥齿轮加工刀具磨损严重、工件加工质量差和加工效率低等问题，严重影响刀具寿命和切削效率。弧齿锥齿轮加工刀具结构较为复杂，对加工刀具结构及主要参数进行合理设计。通过设计加工刀具的结构及参数，进行弧齿锥齿轮加工刀具的磨损形式及机理分析，进而对所设计加工刀具的切削性能进行评价分析，探索高效切削加工弧齿锥齿轮的理想方案。 首先，根据弧齿锥齿轮加工原理，确定展成切削运动位置；通过MATLAB和UG得到弧齿锥齿轮齿面的离散点，获得弧齿锥齿轮轮齿主要结构包括凹齿面、凸齿面、齿顶及齿根等；对弧齿锥齿轮的切削过程进行分析，推导出刀盘的切削面方程；对加工刀具结构及主要参数进行讨论，确定内刀槽和外刀槽在铣刀盘中的具体位置，明确加工刀具在铣刀盘中的切削运动的参考点；对设计的弧齿锥齿轮加工刀具进行热-力耦合分析，探究加工刀具温度、热应力和总位移量的分布特点，为后续切削弧齿锥齿轮仿真分析及试验研究提供理论依据。 其次，进行高速干切条件下对弧齿锥齿轮切削过程及加工刀具有限元仿真分析。通过Deform软件建立高速干切有限元仿真模型，在不同切削参数的条件下，探讨加工刀具的切削力及切削温度的主要变化趋势，探究加工刀具温度及磨损主要集中区域，探讨等效应力变化规律，为高速干切条件下切削弧齿锥齿轮试验研究提供一定的技术参考。 进而，进行高速干切条件下切削弧齿锥齿轮试验研究。分析不同切削参数下刀具磨损形式及磨损机理，并探讨不同切削参数下刀具磨损变化规律；分析加工刀具磨损发生主要部位，对比分析有限元仿真与实际刀具磨损结果；针对加工刀具磨损严重问题，提出对切削弧齿锥齿轮加工刀具的结构优化方案，为切削参数优化和设计改进加工刀具结构等提供参考依据。 最后，进行高速干切条件下对弧齿锥齿轮加工刀具切削性能评价研究。采用综合模糊评价的理论方法，建立高速干切条件下弧齿锥齿轮加工刀具的切削性能的综合模糊评价体系，对所设计的加工刀具进行性能综合评价分析，为高速干切条件下提高切削效率和刀具寿命等提供一定的技术参考。
弧齿锥齿轮加工;刀具设计;切削性能;评价体系
哈尔滨理工大学
硕士
机械制造及其自动化
程耀楠
2022
中文
TG71;TG702
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）