기어 롤링 공정에서 마무리 롤러를 사용하여 성형된 치형 톱니의 금속 폴딩 결함 감소에 관한 연구

Jul 14, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4691(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

크로스 압연 공정은 대구경 기어를 제조하는 새로운 방법으로 큰 장점이 있습니다. 크로스 압연을 통한 기어 제조 공정에서는 성형된 오른쪽과 왼쪽 치형 사이의 변형 메커니즘의 차이로 인해 가공물의 치형 상단에서 팁이 당겨져 성형 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 발생한 결함을 제거하기 위해 마무리 롤러를 제안 및 설계하고, 마무리 롤러의 운동방정식을 확립하고 해결하여 성형치의 높이 증가 원리를 구한다. 또한 마무리 롤러와 비마무리 롤러가 포함된 단순화된 유한 요소(FE) 모델이 DEFORM-3D 소프트웨어에서 설정됩니다. 두 가지 상황의 시뮬레이션 결과를 비교 분석한 결과, 마무리 롤러를 사용하면 각 단계의 공작물 치형 양쪽의 돌출부가 마무리 롤러에 의해 평탄화되고, 치형이 쌓이는 것으로 결론을 내릴 수 있습니다. 돌출이 발생하지 않습니다. 이는 가공물의 톱니 윗부분을 돌출하거나 정삭할 필요가 없음을 의미합니다. 또한, 마무리 롤러를 이용한 실험을 진행하여 마무리 롤러의 효과를 검증할 수 있다.

기어 롤링 공정은 대구경 기어를 제조하는 새로운 방법으로, 기존 제조 방법에 비해 높은 생산 속도, 상당한 금속 절약, 향상된 부하 용량 및 연장된 공구 수명과 같은 큰 장점을 가지고 있습니다1. 그러나 기어 롤링으로 기어를 제작하는 과정에서 오른쪽과 왼쪽 치형 사이의 변형 메커니즘의 차이로 인해 그림 1과 같이 토끼 귀라고 불리는 끝이 톱니 상단에서 당겨지며 이는 심각한 영향을 미칩니다. 성형 품질로 인해 형성된 톱니 상단에 금속 접힘 결함이 발생합니다.2

형성된 공작물의 치아 상단에 있는 토끼 귀2.

결함을 줄이기 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. Kamouneh는 유한요소법과 실험을 결합하여 치아 윗부분의 토끼 귀 결함을 분석하고 결함을 줄일 수 있는 해결책을 제시했습니다. 그러나 가능한 해결책은 실험3,4,5에 의해 검증되지 않았습니다. Yuet al. 크로스 웨지 압연 공정에 의한 기어 샤프트의 성형을 연구하고 압연 온도, 마찰력, 가공물 형상 및 기타 변화가 토끼 귀 현상에 미치는 영향을 분석하여 결함이 금속의 상향 흐름에 의해 발생한다는 결론을 얻었습니다. 다이 톱니와 공작물의 성형 톱니 사이의 마찰로 인해 발생하는 톱니 프로파일. 결함을 줄이기 위한 조치는 언급되지 않았지만6. Wang은 FE 방법에 의한 기어 롤링 성형을 연구하고 토끼 귀 결함 현상을 정량화했으며 톱니 상단의 금속 접힘에 대한 다양한 공정 매개변수의 영향을 연구했습니다. 공작물을 사전 성형하고 공정 매개변수를 최적화하여 토끼 귀의 높이를 효과적으로 줄였습니다. 그러나 모든 연구 데이터는 유한 요소 시뮬레이션을 기반으로 했으며 실험적 검증은 수행되지 않았습니다7,8. Zhu는 압연 공정 중 금속 흐름에 대한 치형 사이의 상대적 미끄럼 영향을 연구하고 토끼 귀의 결함에 영향을 미치는 요인을 분석했으며 표준 치 높이로 기어를 성형하는 경우 성형 온도를 높이고 마찰을 줄이는 것이 유익하다고 요약했습니다. 토끼 귀의 결함을 줄이기 위해. 마무리를 위한 기어 다이 프레싱 후 톱니 끝의 금속 접힘 결함을 제거하고 롤링 실험을 수행할 수 있습니다.9

그러나 큰 모듈러스(5보다 큼) 또는 높은 톱니 기어를 성형할 때 공정 매개변수 최적화는 형성된 톱니 상단의 금속 접힘 결함을 제거할 수 없습니다. 따라서 본 논문에서는 마무리 롤러 장치를 설계한다. 그림 2와 같이 기어 롤링 과정에서 공작물의 톱니 높이가 점차 증가하고 마무리 롤러가 톱니 상단 위로 롤링되며 마찰에 의해 당겨진 금속이 눌러져 토끼 귀가 쌓이는 것을 방지합니다. 또한, 톱니 끝 부분의 금속 접힘 결함을 제거할 수 있습니다.