歯車転造工程における仕上げローラーによる成形歯先の金属折り曲げ欠陥低減に関する研究

Jul 14, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4691 (2023) この記事を引用

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クロスローリング加工は、大きなメリットを持つ大径歯車の新しい製造方法です。 クロスローリングによる歯車の製造工程では、成形される左右の歯形の変形機構の違いにより、ワークの歯先でチップが引っ張られ、成形品質に大きな影響を与えます。 発生した欠陥を除去するために,仕上げローラを提案,設計し,仕上げローラの運動方程式を確立して解き,形成された歯の高さが増加する原理を得た。 また、仕上げローラーと非仕上げローラーを備えた簡略化された有限要素 (FE) モデルも DEFORM-3D ソフトウェアで確立されます。 2 つの状況間のシミュレーション結果の比較を分析すると、仕上げローラーでは、各段階のワークの歯先の両側の突起が仕上げローラーによって平坦化され、歯先の蓄積が発生すると結論付けることができます。突起が発生しないため、ワークの押し出し加工や歯先の仕上げ加工が不要になります。 また、仕上げローラーによる実験も実施し、仕上げローラーの有効性を検証することができます。

歯車転造法は、大径歯車を製造する新しい方法であり、従来の製造方法に比べて、生産速度の向上、金属の大幅な節約、負荷容量の向上、工具寿命の延長などの大きな利点があります1。 しかし、歯車を転造して製造する過程では、左右の歯形の変形機構の違いにより、図1に示すようにラビットイヤーと呼ばれる歯先の先端が引っ張られ、歯車の加工に大きな影響を与えます。成形品質に問題があり、成形された歯先の金属折れ欠陥が発生します。2

成形されたワークの歯先のウサギの耳2．

この欠陥を減らすために、多くの研究が行われてきました。 Kamouneh 氏は、有限要素法と実験を組み合わせて歯の先端のウサギの耳の欠陥を分析し、欠陥を減らすための可能な解決策を提案しました。 ただし、可能な解決策は実験 3、4、5 では検証されませんでした。 ユウら。 クロスウェッジ転造法による歯車軸の成形を研究し、転造温度、摩擦力、ワーク形状などの変化がウサギ耳現象に及ぼす影響を分析し、欠陥の原因が歯車軸上の金属の上昇流にあるとの結論を得ました。ダイスの歯とワークの成形された歯の間の摩擦によって生じる歯の輪郭。 欠陥を減らすための対策については言及されていない6。 Wang 氏は、FE 法による歯車の転がり成形を研究し、ウサギの耳欠陥の現象を定量化し、歯先の金属折り曲げに対するさまざまなプロセス パラメーターの影響を研究しました。 ウサギの耳の高さは、ワークピースを予備成形し、プロセスパラメータを最適化することによって効果的に削減されました。 しかし、すべての研究データは有限要素シミュレーションに基づいており、実験による検証はまったく行われていません7,8。 Zhu 氏は、圧延工程中の金属の流れに及ぼす歯形間の相対的な滑りの影響を研究し、ラビットイヤーの欠陥に影響を与える要因を分析し、標準の歯高で歯車を成形する場合、成形温度を高め、摩擦を低減することが有益であるとまとめました。ウサギの耳の欠陥を軽減します。 歯車の金型プレス仕上げ後、歯先の金属折り欠陥を除去し、転造実験を行うことができます。

しかし、弾性率が大きい（5 を超える）歯車や高歯車を成形する場合、プロセスパラメータの最適化では成形歯先の金属折り曲げ欠陥を除去することはできません10。 そこで本論文では仕上げローラ装置を設計した。 歯車転造工程では、図2に示すように、ワークの歯高さが徐々に高くなり、仕上げローラーが歯先を転がり、摩擦により引き上げられた金属が押し付けられ、うさみみの堆積を防ぎます。 さらに歯先の金属折れ欠陥も解消できます。