Προσομοιώση θερμής σφυρηλάτησης ακριβείας οδοντωτών τροχών ευθέιας οδόντωσης

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της μεθόδου της θερμής σφυρηλάτησης ακριβείας και η μελέτη αντοχής μήτρας σφυρηλάτησης κατασκευής οδοντωτών τροχών ευθείας οδόντωσης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, με τη βοήθεια του πακέτου DEFORM 3D. Πολλά στοιχεία των προσομοιώσεων, λήφθησαν από επιστημονικά άρθρα παρόμοιων προσπαθειών. Στο 1ο κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά στη μέθοδο της σφυρηλάτησης και περιγράφονται τα είδη σφυρηλάτησης που χρησιμοποιούνται σήμερα. Επίσης, απαριθμούνται οι μηχανές σφυρηλάτησης, καθώς και τα εργαλεία (καλούπια) που χρησιμοποιούνται. Τέλος, περιγράφονται οι παράμετροι και τα χαρακτηριστικά που παίζουν σημαντικό ρόλο στη συγκεκριμένη μέθοδο, όπως τα υλικά, η θερμοκρασία και η λίπανση. Στο 2ο κεφάλαιο περιγράφονται οι οδοντωτοί τροχοί και γίνεται αναφορά στα είδη που υπάρχουν. Ακόμη, αναφέρονται τα βασικά μεγέθη των οδοντώσεων, όπως, το βήμα, το module, το πάχος και η σχέση μετάδοσης. Στο 3ο κεφάλαιο, αναφέρονται οι μέθοδοι σφυρηλάτησης των διαφόρων ειδών οδοντωτών τροχών και γίνεται λόγος για την ακρίβεια και ποιότητά τους. Τέλος, γίνεται αναφορά στη σφυρηλάτηση ακριβείας, μια μέθοδος που αποσκοπεί στο να κατασκευαστεί το τελικό τεμάχιο χωρίς επιπλέον στάδια εκτός αυτού της σφυρηλάτησης. Στο 4ο κεφάλαιο, περιγράφεται η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων (FEM), γίνεται αναφορά στη γένεση πλέγματος, και στα είδη ανάλυσης που μπορούν να πραγματοποιηθούν με αυτή τη μέθοδο. Στο 5ο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή των συνθηκών των προσομοιώσεων σφυρηλάτησης και δίνονται τα χαρακτηριστικά του προς κατασκευή τροχού. Ακόμη, παρουσιάζονται στα στοιχεία της μήτρας σφυρηλάτησης, τα υλικά και οι συνθήκες των κατεργασιών. Τέλος, παρουσιάζεται αναλυτικά ένα παράδειγμα προσομοίωσης θερμής σφυρηλάτησης με το DEFORM 3D και παρατίθενται τα αποτελέσματα. Στο 6ο κεφάλαιο παρατίθεται αναλυτικά ένα παράδειγμα μελέτης αντοχής μιας μήτρας σφυρηλάτησης με το DEFORM 3D και παρατίθενται τα αποτελέσματα. Στο 7ο κεφάλαιο συγκεντρώνονται τα αποτελέσματα από όλες τις προσομοιώσεις και τις μελέτες αντοχής που πραγματοποιήθηκαν, γίνεται επεξεργασία και εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα από τη σύγκρισή τους. Τέλος, στα παραρτήματα της εργασίας, περιγράφονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα χαρακτηριστικά του Η/Υ στον οποίο και έγιναν οι προσομοιώσεις και τέλος παρατίθεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε για την εκπόνησή της.

The aim of this thesis is to simulate the process of hot precision forging and die stress analysis, in manufacturing spur gears using the finite element method, using the package DEFORM 3D. Many elements of the simulations have been taken from similar efforts in scientific articles. In the first chapter is described the method of forging and the types which used today. Additionally are listed the forging machines as well as the used tools (dies). Finally, the chapter describes the parameters and characteristics which are the most important in this process, such as materials, temperature and lubrication. The second chapter describes the gears and it is refered to the existing types. Also, indicate the fundamentals of teeth, such as step, module, and thickness ratio. The third chapter is referred the methods of various forging of gears as well as the accuracy and quality. Also,it is described the forging precision, a method that aims to produce directly the final pieces without any additional process besides forge. In the fourth chapter is described the finite element method (FEM), refer to grid generation, and types of analysis can be performed with this method. In the fifth chapter being a description of the conditions of the simulations of forging and the characteristics of the wheel gear production. Moreover, presented the parts of the forging die, the materials that used and the forging conditions Finally, it is described the detail analysis of a simulation process in package of DEFORM 3D and shown the results. In chapter six is shown described in detail an example of die stress analysis using the DEFORM 3D package and shown the results. In chapter seven gathered all the results from all simulations and stress analyses, processed, and useful conclusions from the comparison between them exported. Finally, in the annexes are described the used materials, the characteristics of the software which performed the simulations as well as the used literatures (papers) in order to perform the simulations.