对直齿圆柱齿轮精锻这类三维非稳态非线性大变形问题，用理论方法难以获得其变形全过程金属流动的位移场和应变场。密栅云纹法作为一种实验解析方法，能够利用云纹图像真实地记录变形体的全场位移，经过解析可以获得应变信息，从而可以识别变形体的宏观塑性流动规律。所以把密栅云纹法引入齿轮精锻研究是恰当的。本文以某型号拖拉机减速小齿轮［1］(齿数15，模数3.5，高度变位系数0.395，齿轮厚度26.5mm，图1)为研究对象，采用面内密栅图云纹法的“位移增量微分法”原理［2］获取冲挤精锻该齿轮锻件的分流面变形的云纹图象，进而求解位移速度场，分析金属的变形规律。
图1减速小齿轮零件
冲挤精锻模拟实验是用工业纯铅实心圆柱坯料在图2所示的专用模具［1］内进行的。该模具为可分式，采用组合式浮动凹模保证齿顶下角部充满，上模设有分流冲头和飞边槽以保证齿顶上角部充满。冲头半径为10mm，并带有拔模斜度。凹模内设有顶杆，以保证锻件出模。实验成形设备为ye-1000型液压式压力试验机。根据位移增量微分法，在坯料冲挤精锻至变形终了阶段时，将坯料取出按分流面(由于齿轮齿数为奇数，分流面一侧有齿，一侧无齿)中剖，贴上云纹栅片，再入模给一增量变形，拍摄下相应的云纹图像(图3)。变形情况见表1，所用的基准栅和试件栅栅线密度均为12l/mm。
图2直齿圆柱齿轮冲挤精锻可分式模具简图
表1云纹实验情况
试样尺寸(mm)试样材料冲头下锻件底厚(mm)冲头下锻件z向平均应变ε0成形方式增量变形前增量变形后?φ46×38工业纯铅5.524.350.2120浮动凹模精锻
图3工业纯铅模拟热态钢冲挤精锻直齿圆柱齿轮终了阶段云纹图
(a)场云纹(b)场云纹
上述云纹图像实质上就是一定比例的位移速度场。以锻件中心轴为z轴，其方向朝上，建立rθz圆柱直角坐标系。根据云纹图像作出云纹黑带中心线，确定云纹级数，并沿r向和z向划分扫描网格(图4)。网格间距取2～5mm，云纹较密的区域，其应变梯度较大，网格应取密些，反之则取稀些。网格划分完毕后，对云纹黑带中心线图
场沿z向网格截面扫描，场沿r向网格截面扫描，即得云纹黑带中心坐标位置(r，z)与位移速度分量(和)的关系数据。为了消除扫描误差，根据有关数值方法［3］编程对这些数据进行拟合处理，再根据拟合后的数据，作出了分流面位移速度场-r、-z、-r和-z等曲线(图5～12)。
图4场(a)、场(b)云纹黑带中心线及扫描网格划分
图5分流面左半部(有齿)-r曲线
图6分流面右半部(无齿)-r曲线
图7分流面左半部(有齿)-z曲线
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