Estudo sobre a redução de defeitos de dobramento de metal no topo do dente conformado com rolo de acabamento no processo de laminação de engrenagens

Jul 14, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4691 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O processo de laminação cruzada é um novo método de fabricação de engrenagens de grande diâmetro, que apresenta grandes vantagens. Enquanto durante o processo de fabricação de engrenagens com laminação cruzada, devido à diferença no mecanismo de deformação entre os perfis dos dentes formados direito e esquerdo, uma ponta é puxada no topo do dente da peça, o que afeta severamente a qualidade da conformação. Para eliminar o defeito ocorrido, é proposto e projetado o rolo de acabamento, a equação de movimento do rolo de acabamento é estabelecida e resolvida, obtendo-se o princípio do aumento da altura do dente formado. E também um modelo simplificado de elementos finitos (FE) com rolo de acabamento e rolo de não acabamento é estabelecido 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 etapa são achatadas pelo rolo de acabamento, e o acúmulo do topo do dente não ocorrerão saliências, o que significa que não são necessários extrusão e acabamento da parte superior do dente da peça de trabalho. Além disso, é realizada a experiência com o rolo de acabamento e pode-se verificar a eficácia do rolo de acabamento.

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, considerável economia de metal, maior capacidade de carga e maior vida útil da ferramenta em relação aos métodos convencionais de fabricação1. Porém, durante o processo de fabricação de engrenagens com rolamento de engrenagens, devido à diferença do mecanismo de deformação entre os perfis dos dentes direito e esquerdo, uma ponta é puxada no topo do dente, chamada orelha de coelho, como mostra a Fig. qualidade de formação, resultando no defeito de dobramento do metal no topo do dente formado.2

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

Para reduzir o defeito, muitos trabalhos de pesquisa foram dedicados. Kamouneh analisou o defeito da orelha de coelho na parte superior do dente através da combinação do método dos elementos finitos e do experimento e propôs uma possível solução para reduzir o defeito. Porém, a possível solução não foi verificada experimentalmente3,4,5. Yu et al. estudou a formação do eixo da engrenagem pelo processo de laminação em cunha cruzada e analisou a influência da temperatura de laminação, força de atrito, formato da peça e outras mudanças no fenômeno da orelha de coelho e concluiu 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. Embora as medidas para diminuir o defeito não tenham sido mencionadas6. Wang estudou a conformação por laminação de engrenagens pelo método FE, quantificou o fenômeno do defeito em orelha de coelho e estudou a influência de diferentes parâmetros do processo na dobra do metal na parte superior do dente. A altura da orelha de coelho foi efetivamente reduzida através da pré-formação da peça e da otimização dos parâmetros do processo. Porém, 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 os perfis dos dentes no fluxo do metal durante o processo de laminação, analisou os fatores que influenciam o defeito da orelha de coelho e resumiu que para formar engrenagens com altura de dente padrão, aumentar a temperatura de formação e reduzir o atrito são benéficos para reduzir o defeito da orelha de coelho. Após a prensagem da matriz da engrenagem para acabamento, o defeito de dobramento do metal na ponta do dente pode ser eliminado e realizados experimentos de laminação.9

Porém, 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 formado . Portanto, neste artigo é projetado um dispositivo de rolo de acabamento. Mostrado na Fig. 2, durante o processo de laminação da engrenagem, a altura do dente da peça aumenta gradativamente, 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 metálico na ponta do dente pode ser eliminado.