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Jul 21, 2023

Estudo da redução de defeitos de dobramento de metal no topo do dente formado com rolo de acabamento no processo de laminação de engrenagens

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4691 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O processo de laminação cruzada é um novo método para fabricar engrenagens de grande diâmetro, que apresenta grandes vantagens. Enquanto durante o processo de fabricação da engrenagem com laminação cruzada, devido à diferença do mecanismo de deformação entre os perfis de dente formados direito e esquerdo, uma ponta é puxada no topo do dente da peça de trabalho, o que afeta severamente a qualidade da conformação. Para eliminar o defeito ocorrido, o rolo de acabamento é proposto e projetado, a equação de movimento do rolo de acabamento é estabelecida e resolvida, o princípio do aumento da altura do dente formado é obtido. E também um modelo simplificado de elementos finitos (FE) com rolo de acabamento e rolo sem acabamento são estabelecidos no software DEFORM-3D. A comparação dos resultados da simulação entre duas situações é analisada e pode-se concluir que com o rolo de acabamento, as saliências em ambos os lados do topo do dente da peça em cada estágio são achatadas pelo rolo de acabamento e o acúmulo do topo do dente saliências não vão ocorrer, o que significa que não são necessárias extrusão e acabamento da parte superior do dente da peça de trabalho. Além disso, o experimento com o rolo de acabamento é realizado e a eficácia do rolo de acabamento pode ser verificada.

O processo de laminação de engrenagens é um novo método para fabricar engrenagens de grande diâmetro, que apresenta grandes vantagens, como maiores taxas de produção, economia considerável de metal, maior capacidade de carga e maior vida útil da ferramenta em relação aos métodos de fabricação convencionais1. No entanto, durante o processo de fabricação da engrenagem com rolamento de engrenagem, devido à diferença de mecanismo de deformação entre os perfis do dente direito e esquerdo, uma ponta é puxada no topo do dente, chamada de orelha de coelho, conforme mostra a Figura 1, o que afeta severamente o qualidade de conformação, resultando no defeito de dobra do metal na parte superior do dente formado.2

A orelha de coelho na parte superior do dente da peça de trabalho formada2.

Para reduzir o defeito, muitos trabalhos de pesquisa foram dedicados. Kamouneh analisou o defeito da orelha de coelho na parte superior do dente por meio da combinação do método dos elementos finitos e do experimento e propôs uma possível solução para reduzir o defeito. No entanto, a possível solução não foi verificada pelo experimento3,4,5. Yu et ai. estudou a formação do eixo da engrenagem pelo processo de laminação de cunha cruzada e analisou a influência da temperatura de laminação, força de fricção, forma da peça de trabalho e outras mudanças no fenômeno da orelha de coelho e chegou à conclusão de que o defeito é causado pelo fluxo ascendente de metal em o perfil do dente causado pelo atrito entre o dente da matriz e o dente formado da peça de trabalho. Enquanto as medidas para diminuir o defeito não foram mencionadas6. Wang estudou a conformação do rolamento da engrenagem pelo método FE, quantificou o fenômeno do defeito da orelha de coelho e estudou a influência de diferentes parâmetros do processo na dobragem do metal no topo do dente. A altura da orelha de coelho foi efetivamente reduzida ao pré-formar a peça de trabalho e otimizar os parâmetros do processo. No entanto, todos os dados da pesquisa foram baseados em simulação de elementos finitos, e nenhuma verificação experimental foi realizada7,8. Zhu estudou a influência do deslizamento relativo entre perfis de dente no fluxo de metal durante o processo de laminação, analisou os fatores que influenciam o defeito da orelha de coelho e resumiu como aquele para formar engrenagens com altura de dente padrão, aumentando a temperatura de formação e reduzindo o atrito são benéficos para reduzir o defeito da orelha de coelho. Após a prensagem da engrenagem para acabamento, o defeito de dobragem de metal na ponta do dente pode ser eliminado e realizados experimentos de laminação.9

No entanto, ao formar engrenagens com módulo grande (maior que 5) ou engrenagem de dente alto, a otimização dos parâmetros do processo não pode ser capaz de eliminar o defeito de dobramento do metal no topo do dente formado10. Portanto, neste trabalho, um dispositivo de rolo de acabamento é projetado. Mostrado na Fig. 2, durante o processo de rolamento da engrenagem, a altura do dente da peça de trabalho aumenta gradualmente, o rolo de acabamento rola sobre o topo do dente e o metal puxado para cima pelo atrito é pressionado para evitar o acúmulo da orelha de coelho. Além disso, o defeito de dobramento de metal na ponta do dente pode ser eliminado.