abaqus齒輪成形的案例
DEFORM在齒輪成形中的應用現狀
DEFORM作為業界公認應用最廣泛的金屬體積成形、切削加工以及熱處理表面處理的CAE仿真軟件，其可以為齒輪成形加工的過程提供CAE支持，提高齒輪的加工精度，下文將從齒輪的各種加工類型和熱處理進行分類說明。
齒輪成形類型[1-2]
現代齒輪成形方法基本上分為2種，分別是切削成形和塑性成形。
齒輪切削成形
齒輪切削成形又分為仿形法和范成法。
仿形法
仿形法是指利用外形與齒輪齒槽相同或相近的成形刀具加工齒輪齒形的方法，包括銑齒、拉齒、磨齒等。
范成法
范成法是指利用齒輪刀具和齒坯之間保持強制的嚙合運動關系而成形齒輪齒形的方法，包括滾齒、插齒、剃齒等。
圖-1 齒輪切削成形
齒輪塑性成形
齒輪塑性成形因采用少、無切削的凈成形和近凈成形，可節省材料、節約工時。最主要的是這種成形方法沒有切斷金屬流線，采用壓實和壓密金屬晶粒即可提高齒輪的強度（可以提高20~30%），增加齒輪的壽命。
展開 變速箱齒輪油槽鍛造成形工藝開發
此前，我公司齒輪產品上的油槽均為齒輪鍛造完成后機加工銑出油槽，這樣既增加了銑油槽成本，又影響交付進度。但鍛造油槽，油槽深度很難保證，且沖孔時容易導致油槽變形，本文針對鍛造油槽的重難點介紹了變速箱齒輪油槽的鍛造成形工藝，以及鍛造油槽中存在的問題和解決方法。
變速箱齒輪在高速運轉時，需要變速箱油進行潤滑和冷卻，尤其是齒輪和軸承的接觸面，當潤滑不足時，會造成軸承端面燒蝕而過早失效。為保證齒輪在工作時獲得足夠的潤滑，設計時，在齒輪端面上設計油槽，起到通油的作用。
齒輪油槽的結構
變速箱型號不同，擋位不同，對應的油槽結構也不同。根據油槽形狀的不同，變速箱上齒輪油槽結構可分為以下5種形式（圖1）：⑴單槽油槽；⑵雙槽油槽；⑶螺旋油槽；⑷十字油槽；⑸交叉油槽。根據齒輪兩端面是否都有油槽，亦可分為兩種結構：單面油槽和雙面油槽。
圖1 齒輪油槽的結構
成形方式
三種成形方式
齒輪上油槽的成形方式有如下三種：
⑴齒輪鍛造完成后冷壓或熱壓出油槽，此方式須配有獨立的油壓機或增加壓油槽工序，且需要專門的壓油槽模具；
⑵齒輪鍛造完成后機加工銑出油槽，此方式增加了機加工和運轉成本，影響交付進度；
⑶油槽鍛造成形，此方式直接利用齒輪鍛造模具，在完成齒輪坯鍛造成形的同時，一次性完成油槽鍛造。從成本和交付進度方面考慮，油槽直接鍛造成形更經濟。
油槽鍛造成形分析
油槽鍛造成形，存在如下問題：
⑴產品上的油槽深度大多只有1～2mm，且深度尺寸公差小，但鍛件厚度公差較大，可能導致機加工后無法滿足油槽深度尺寸要求。
⑵若油槽在下模，在沖孔工序，因沖孔擠壓，會將料擠壓到油槽處，油槽靠近內孔處會凸起，導致油槽變形嚴重。
下面，將針對單面油槽、雙面油槽分別就上述兩個問題的解決方法進行闡述。
展開 三聯齒輪鍛造成形數值模擬及模具結構優化
齒輪是各種傳動機構中應用最為廣泛的零件之一，具有傳動平穩、噪聲小、承載能力大等優點，所以廣泛用于高速重載的場合，尤其是汽車行業。齒輪形狀復雜，材質、尺寸精度、表面質量及綜合機械性能均要求很高，傳統的加工方法是通過機械加工的方式得到需要的齒輪，為改進齒輪切削加工的缺點，用鍛造工藝快速生產高質量的齒輪已成全球趨勢。
目前，提高齒輪的成形質量主要通過改善鍛造模具的結構、鍛造工藝、齒輪結構等有關變量，實現鍛件使用壽命和性能的提高。齒輪的成形難點是齒形型腔不能完整充滿，隨著工業和生產技術的不斷發展，一次鍛造工藝已經滿足不了齒輪鍛件對齒形的鍛造要求，所以出現了“一火兩鍛”工藝，預鍛工步能改善金屬在終鍛時的充填性，避免終鍛時鍛件出現折疊、裂紋等缺陷，且有利于提高模具壽命。
本文從終鍛件產生的折疊缺陷出發，通過模擬發現產生缺陷的原因在于預鍛件結構設計不合理。根據模擬分析結果，在預鍛件齒頂處增大過渡斜角，且以大R角連接，可提高鍛件的成形質量，保證使用要求。
三聯齒輪鍛造數值模擬
模擬方案
與傳統鍛造流程相比，采用三維設計軟件和有限元分析軟件結合的方式能夠大大提高成形質量和工作效率。應用三維CAD 繪圖軟件在機械產品設計中不僅能用三維圖形象直觀逼真地表達設計思想，而且能很方便地將創建的三維實體模型用作分析模型。圖1所示零件為重卡汽車使用的三聯齒輪，該零件一般采用熱鍛成形，本研究中考慮其鍛件尺寸較大，一次成形變形抗力太大，很難保證三聯齒輪成形質量和模具壽命，且模具結構優化難度大、成本高，故改用“一火兩鍛”工藝成形。通過有限元軟件模擬鍛件成形過程，發現產生成形缺陷的原因，為了保證鍛件的成形質量，根據分析結果采取增大預鍛件過渡斜角，并以大R 角連接的方案。
圖1 三聯齒輪結構
數值模擬結果與分析
零件在鍛造時，終鍛件（圖2）紅色標記處出現折疊缺陷。
展開 轎車變速器倒擋齒輪的冷精密成形
隨著工業的發展，人們對齒輪齒形的精密成形的關注與期待越來越高，尤其是在世界制造業戰略性轉變期間，人們認識到只有精密成形齒輪才能更好滿足傳動系統重量輕、強度高、低成本制造的要求，勢將逐步取代切削齒輪，這是完全符合環保要求的“綠色”制造。當前迫于原材料價格上漲和產品不斷降價的雙重壓力，零部件加工企業必須進一步控制成本，提高材料利用率，不斷開發新的產品和采用新的生產技術。
結合多年來利用冷溫熱精密成形工藝開發各種精密成形件（即精鍛件）的經驗，我公司成功實現了汽車變速器倒擋齒輪的“綠色”鍛造，采用溫鍛預制坯冷精密成形工藝成功生產變速器倒擋齒輪，輪齒精度達到了GB/T 10095.1-2008 7級精度。
倒擋齒輪是汽車后退嚙合傳動的關鍵零件
汽車變速器倒擋齒輪是汽車后退時嚙合傳動的關鍵零件，在齒輪的每一個輪齒上設有倒棱，即在輪齒表面帶有30｀左右的倒錐。倒錐雖小，其作用非常重要，一方面確保汽車行駛穩定，防止變速器中齒輪滑擋，同時保證在倒擋時能夠順暢的掛入擋位。一般來說，轎車變速器上最為薄弱的零件也是倒擋齒輪。為了提高倒擋齒輪強度而隨意改變模數是不可能的，這是因為轎車的外形尺寸固定，某一組嚙合齒輪的中心距也應該是固定的，不能隨意變動。如果要保證中心距不發生變化，又會影響到齒輪傳動比。而通過采用精密成形倒擋齒輪，提高了齒輪的傳動精度，保證了整車的質量，就能使該問題很容易得到解決。
與切削齒輪的輪齒相比，精密成形倒擋齒輪的輪齒金屬纖維流線連續，彎曲疲勞強度提高20%～30%，壽命大大提高。轎車行駛時，在齒輪嚙合傳動過程中，它不僅避免了切削齒輪輪齒齒根容易斷裂造成的事故和所產生的經濟損失，也為主機生產廠大大節約了生產成本和市場成本。
展開 
三聯齒輪鍛造成形數值模擬及模具結構優化
齒輪是各種傳動機構中應用最為廣泛的零件之一，具有傳動平穩、噪聲小、承載能力大等優點，所以廣泛用于高速重載的場合，尤其是汽車行業。齒輪形狀復雜，材質、尺寸精度、表面質量及綜合機械性能均要求很高，傳統的加工方法是通過機械加工的方式得到需要的齒輪，為改進齒輪切削加工的缺點，用鍛造工藝快速生產高質量的齒輪已成全球趨勢。
目前，提高齒輪的成形質量主要通過改善鍛造模具的結構、鍛造工藝、齒輪結構等有關變量，實現鍛件使用壽命和性能的提高。齒輪的成形難點是齒形型腔不能完整充滿，隨著工業和生產技術的不斷發展，一次鍛造工藝已經滿足不了齒輪鍛件對齒形的鍛造要求，所以出現了“一火兩鍛”工藝，預鍛工步能改善金屬在終鍛時的充填性，避免終鍛時鍛件出現折疊、裂紋等缺陷，且有利于提高模具壽命。
本文從終鍛件產生的折疊缺陷出發，通過模擬發現產生缺陷的原因在于預鍛件結構設計不合理。根據模擬分析結果，在預鍛件齒頂處增大過渡斜角，且以大R角連接，可提高鍛件的成形質量，保證使用要求。
三聯齒輪鍛造數值模擬
模擬方案
與傳統鍛造流程相比，采用三維設計軟件和有限元分析軟件結合的方式能夠大大提高成形質量和工作效率。應用三維CAD 繪圖軟件在機械產品設計中不僅能用三維圖形象直觀逼真地表達設計思想，而且能很方便地將創建的三維實體模型用作分析模型。圖1所示零件為重卡汽車使用的三聯齒輪，該零件一般采用熱鍛成形，本研究中考慮其鍛件尺寸較大，一次成形變形抗力太大，很難保證三聯齒輪成形質量和模具壽命，且模具結構優化難度大、成本高，故改用“一火兩鍛”工藝成形。通過有限元軟件模擬鍛件成形過程，發現產生成形缺陷的原因，為了保證鍛件的成形質量，根據分析結果采取增大預鍛件過渡斜角，并以大R 角連接的方案。
圖1 三聯齒輪結構
數值模擬結果與分析
零件在鍛造時，終鍛件（圖2）紅色標記處出現折疊缺陷。
展開 一種驅動齒輪類零件鍛造成形工藝的探討
文 / 孟俊，張向卓 · 陜西法士特齒輪有限責任公司
驅動齒輪類零件具有直徑小、厚度大、內孔大的特點。在鍛造成形過程中極易在上模內孔上產生折疊的鍛造缺陷。
圖1 為某公司設計的某副箱驅動齒輪毛坯示意圖，該齒輪產品外徑為φ156.7mm，總厚度為97.1mm。針對該類直徑小、厚度大類似法蘭盤的零件，某公司毛坯生產大多設計為錘上開式的工藝。
圖1 副箱驅動齒輪閉式毛坯示意圖
錘上開式工藝
開式模鍛是最廣泛使用的模鍛方法，優點在于飛邊起到了補償、緩沖作用，保證了生產工藝的穩定性和復雜平面的鍛造成形，但是其飛邊材料損耗為鍛件重量的10%～50%，平均約為30%，而材料費占模鍛件成本的60%～70%。圖2 為相應的開式熱鍛件圖。
圖2 驅動齒輪開式熱鍛件圖
錘上閉式工藝
閉式模鍛亦稱無飛邊模鍛，坯料在封閉型槽內以鐓粗或擠壓的方式變形成鍛件。同開式模鍛相比，閉式模鍛比采用開式模鍛所需的變形力和變形功約低30%～50%，可大大提高金屬材料的利用率和鍛件精度，鍛件表面質量好，金屬纖維分布更加合理。圖3為相應的閉式熱鍛件圖。
圖3 驅動齒輪閉式熱鍛件圖
但是在上模內孔處(圖4 紅色圓圈處)極易出現鍛造折疊缺陷，由于此類零件內孔窄而深，鍛造過程中內孔處上部和下部金屬極易充滿型腔，而中間金屬沒有充滿，隨著變形金屬在型腔中的流動，在內孔中部就會產生一個空穴，最終在此處金屬上下部匯合充填，產生折疊。
圖4 錘上閉式內孔出現折疊狀態
熱模鍛閉式工藝
毛坯圖的制定
根據毛坯圖輪廓(圖5)整體單邊余量2mm(細實線部分為最終產品圖輪廓)，允許上尖點處未充滿圓角≤R4mm。鍛件重量7.95kg。
展開 基于DEFORM的直齒錐齒輪復合鍛造冷整成形
齒輪是傳動系統和轉向系統的關鍵核心零件，如何改善優化齒輪性能得到越來越多研究學者的關注。傳統的齒輪加工方法為切削加工和鍛造，相比切削加工鍛造可獲得完整的金屬流線、更優的材料組織和性能，獲得更可靠更安全和使用壽命更長的齒輪產品。雖然熱精鍛加工精度高，但是加工時由于高溫易發生氧化作用，影響工件的表面精度和表面質量。近年來，熱鍛冷整復合加工工藝不僅具備熱鍛工藝的優勢，獲得具備完整流線的工件，還可減小中間成形步，降低成形載荷，冷整工序可保證工件的尺寸精度和表面質量，提高齒輪的使用壽命，是齒輪復合鍛造成形工藝中重要的一環。因此有必要對冷整成形工藝進行優化設計，以保證最佳成形質量。
隨著計算機技術的不斷發展，實際生產中，為優化產品工藝、減小生產周期、降低生產成本，數值模擬方法得到廣泛應用。本文基于熱鍛冷整復合加工工藝，利用DEFORM軟件對直齒錐齒輪復合鍛造冷整工序進行數值模擬，提出優化方案并進行成形驗證，對直齒錐齒輪復合鍛造成形工藝設計具有指導意義。
有限元模型及模擬方案
有限元模型的建立
本文基于熱鍛冷整成形工藝，模擬工序為熱鍛后的冷整工序。選取兩個不同齒高、齒厚的直齒錐齒輪熱鍛成形件，運用Pro/E建立直齒錐齒輪與上下模具的三維模型，并保存為stl文件導入DEFORM軟件進行有限元數值模擬。圖1為直齒錐齒輪熱鍛成形件示意圖，圖2為模具的有限元數值模擬模型。
圖1 直齒錐齒輪熱鍛件示意圖
圖2 模具有限元模擬模型
模擬參數設置
熱鍛件/冷整成形件尺寸對比和模擬參數設置如表1所示。
展開 Abaqus鈑金多次沖壓成形
5、結果
鈑金件成形過程視頻可見在附件中查看；
鈑金件成形的Misess應力云圖和PEEQ等效塑性應變云圖如下圖所示：
圖6 Misess應力云圖
圖7 PEEQ等效塑性應變云圖
6、計算說明
CPU：Intel(R) Core(TM) i5-10200H CPU @ 2.40GHz 2.40 GHz；
RAM：24.0 GB (23.8 GB 可用)；
計算時間：2.5min。
附件.rar
基于ABAQUS旋壓成形分析 ￥5
旋壓模擬分析：
（1）旋輪和芯模設置為解析剛體，毛坯為可變形體
（2）芯模與坯料固定，旋輪做進給運動且繞坯料旋轉
（3）量綱的確定：kg-m
前處理：
1.幾何模型構建：ABAQUS建模
2.材料參數的定義：
（1）創建材料：結構鋼
質量——>密度：7850
彈性本構：楊氏模量：2.1e11；泊松比：0.3
塑性本構：(來源文獻)
屈服應力/Pa
1.68e8
2.72e8
3.37e8
3.83e8
4.18e8
4.48e8
塑性應變
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
（2）創建截面：solid-steel（截面命名：截面類型-材料名稱）
（3）截面指派：將材料屬性賦予坯料
解析剛體無截面屬性，因此對于運動的物體采用在剛體參考點上定義質量的方式為其賦予質量從而確定轉動慣量。原則是剛體質量和坯料質量保持同一個量級。
展開 基于ABAQUS輥壓成形仿真模擬 ￥1
輥壓成形分析：
（1）底座和輥輪為先設置為可變形體，后續將其約束為剛體
（2）量綱：t-mm
前處理：
1幾何模型的構建：ABAQUS建模-底座、輥輪和板料
2.材料參數定義：根據實際自行定義
（1）創建材料
（2）創建截面
（3）截面指派
3.網格系統的構建：
（1）裝配
（2）網格劃分
（3）單元類型選擇：C3D8R
求解：
1.求解器的設定
（1）求解器：質量縮放加快求解
（3）輸出設定保持默認
2.連接關系的構建
（1）接觸屬性：摩擦系數0.2
（2）接觸關系：輥輪和底座與板料接觸部位為主面，板料上下面為從面
（3）約束：底座及其參考點、輥輪及其參考點都設置為剛體約束
3.邊界條件的設定
（1）位移邊界條件：底座完全固定，板料約束X方向和Z方向的位移，加快求解；輥輪設置其轉動速度和Z方向的位移速度。
后處理：
圖1 Mises應力云圖
圖2 等效塑性應變云圖
仿真動畫
模型及其分析過程僅供參考，距實際工程應用仍存在不足。
展開 Abaqus齒輪鏈條傳動仿真 附ABAQUS經典例題集下載
最新版的不用這么麻煩了，在Abaqus/CAE 2020中已經支持直接定義Abaqus/Explicit General Contact的初始狀態調整，可以非常方便地消除網格的初始穿透。
下載地址：ABAQUS經典例題集
Abaqus滾珠滾壓成形仿真案例講解
[圖片]
【三維正交機織物】成形過程_Abaqus仿真實現
求解器：Abaqus2021hf4-Explicit
運行時間：35個小時
有這方面感興趣的可以私信交流。
Abaqus反向擠壓成形仿真案例講解
Abaqus反向擠壓成形仿真案例講解
ABAQUS在沖壓成形有限元模擬中的應用
圖9 蒙拉成型的ABAQUS模擬示意圖
圖10 模具應力的變化曲線
4.橡皮囊成形及鈑金成形
橡皮囊成形及鈑金成形如圖11、圖12、圖13所示。
圖11 橡皮囊及鈑金成形的示意圖
圖12 第一步成型示意圖
圖13 第二步成型示意圖
5.彎管成形
彎管成形如圖14所示。
圖14 彎管成型ABAQUS模擬示意圖
6.圓錐管成形
圓錐管成形如圖15所示。
圖15 圓錐管成型的ABAQUS模擬示意圖
四、結論
以上實例的模擬都是在ABAQUS平臺下進行的。結果表明，采用ABAQUS處理加工成型過程中所涉及到的非線性力學問題，能夠得到比較令人滿意的結果。此外，ABAQUS還提供了種類豐富的用戶子程序接口，用戶可以根據需要編寫特殊的本構關系曲線、復雜的載荷和邊界條件以及靈活多樣的用戶單元等，這些功能目前在研究領域和工業領域中都取得了廣泛地應用
展開 