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Jul 21, 2023

Studio sulla riduzione dei difetti di piegatura del metallo sulla parte superiore del dente formato con rullo di finitura nel processo di laminazione di ingranaggi

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4691 (2023) Citare questo articolo

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Il processo di laminazione incrociata è un nuovo metodo per produrre ingranaggi di grande diametro, che presenta grandi vantaggi. Durante il processo di produzione degli ingranaggi con laminazione incrociata, a causa della differenza del meccanismo di deformazione tra i profili dei denti formati a destra e a sinistra, una punta viene tirata sulla parte superiore del dente del pezzo, il che influisce gravemente sulla qualità della formatura. Per eliminare il difetto verificatosi, viene proposto e progettato il rullo di finitura, viene stabilita e risolta l'equazione del moto del rullo di finitura, si ottiene il principio dell'aumento di altezza del dente formato. Nel software DEFORM-3D è stato creato anche un modello semplificato agli elementi finiti (FE) con rullo di finitura e rullo non di finitura. Viene analizzato il confronto dei risultati della simulazione tra due situazioni e si può concludere che con il rullo di finitura, le sporgenze su entrambi i lati della parte superiore del dente del pezzo in lavorazione in ciascuna fase vengono appiattite dal rullo di finitura e l'accumulo della parte superiore del dente non si verificheranno sporgenze, il che significa che non sono necessarie estrusione e finitura della parte superiore del dente del pezzo. Inoltre, viene effettuato l'esperimento con il rullo di finitura ed è possibile verificare l'efficacia del rullo di finitura.

Il processo di laminazione degli ingranaggi è un nuovo metodo per produrre ingranaggi di grande diametro, che presenta grandi vantaggi, come velocità di produzione più elevate, notevole risparmio di metallo, capacità di carico migliorata e durata dell'utensile estesa rispetto ai metodi di produzione convenzionali1. Tuttavia, durante il processo di produzione degli ingranaggi con rullatura degli ingranaggi, a causa della differenza del meccanismo di deformazione tra i profili del dente destro e sinistro, viene tirata una punta sulla parte superiore del dente, chiamata orecchio di coniglio, come mostra la Fig. 1, che influisce gravemente sulla qualità di formatura, risultante nel difetto di piegatura del metallo sulla parte superiore del dente formato.2

L'orecchio di coniglio sulla parte superiore del dente del pezzo formato2.

Per ridurre il difetto sono stati dedicati molti lavori di ricerca. Kamouneh ha analizzato il difetto dell'orecchio di coniglio sulla parte superiore del dente attraverso la combinazione del metodo degli elementi finiti e dell'esperimento e ha proposto una possibile soluzione per ridurre il difetto. Tuttavia, la possibile soluzione non è stata verificata dall'esperimento3,4,5. Yu et al. ha studiato la formazione dell'albero dell'ingranaggio mediante il processo di laminazione a cuneo incrociato e ha analizzato l'influenza della temperatura di laminazione, della forza di attrito, della forma del pezzo e di altri cambiamenti sul fenomeno dell'orecchio di coniglio e ha concluso che il difetto è causato dal flusso verso l'alto del metallo su il profilo del dente causato dall'attrito tra il dente della matrice e il dente formato del pezzo. Mentre non sono state menzionate le misure per diminuire il difetto6. Wang ha studiato la formatura degli ingranaggi con il metodo FE, ha quantificato il fenomeno del difetto dell'orecchio di coniglio e ha studiato l'influenza di diversi parametri di processo sulla piegatura del metallo sulla parte superiore del dente. L'altezza dell'orecchio del coniglio è stata effettivamente ridotta preformando il pezzo e ottimizzando i parametri del processo. Tuttavia, tutti i dati della ricerca si basavano sulla simulazione degli elementi finiti e non è stata effettuata alcuna verifica sperimentale7,8. Zhu ha studiato l'influenza dello scorrimento relativo tra i profili dei denti sul flusso del metallo durante il processo di laminazione, ha analizzato i fattori che influenzano il difetto dell'orecchio di coniglio e ha riassunto che per la formatura di ingranaggi con altezza del dente standard, l'aumento della temperatura di formatura e la riduzione dell'attrito sono benefici per ridurre il difetto dell'orecchio del coniglio. Dopo che lo stampo dell'ingranaggio è stato premuto per la finitura, è possibile eliminare il difetto di piegatura del metallo sulla punta del dente ed eseguire esperimenti di laminazione.9

Tuttavia, quando si formano ingranaggi con modulo ampio (maggiore di 5) o ingranaggi con denti alti, l'ottimizzazione dei parametri di processo non può essere in grado di eliminare il difetto della piegatura del metallo sulla parte superiore del dente formato10. Pertanto, in questo documento viene progettato un dispositivo a rullo di finitura. Come mostrato in Fig. 2, durante il processo di laminazione dell'ingranaggio, l'altezza del dente del pezzo aumenta gradualmente, il rullo di finitura rotola sulla parte superiore del dente e il metallo tirato su dall'attrito viene premuto per evitare l'accumulo dell'orecchio di coniglio. Inoltre è possibile eliminare il difetto di piegatura del metallo sulla punta del dente.