Badania eksperymentalne i symulacja numeryczna kształtowania dokładnych kół zębatych z prasowanych i spiekanych metalicznych materiałów sypkich

Przeprowadzono badania doświadczalne procesu kształtowania metodami obróbki plastycznej kół zębatych pompy gerotorowej (małe koło - 4 zęby zewnętrzne, duże koło - 5 zębów wewnętrznych) z metalicznych materiałów sypkich. Ciąg technologiczny zaczynał się od prasowania dwustronnego siłą quasi-statyczną i - alternatywnie - pulsującą (do 500 Hz), wywierającą naciski do 1100 MPa. Uzyskano gęstość powyżej 7,5 g/cm3. Operację obróbki cieplnej stanowiło spiekanie w warunkach standardowych. Operację wykańczającą stanowiło kalibrowanie przez przepychanie. Uzyskano dokładność wymiarowo-kształtową w zakresie 3 µm i chropowatość powierzchni odpowiadającą operacji polerowania. Eksperyment laboratoryjny został poprzedzony symulacją komputerową kształtu wyrobów. Badania symulacyjne zostały wykorzystane do projektowania elementów roboczych narzędzi doświadczalnych: matryc, stempli i rdzeni. Do realizacji procesów na skalę przemysłową przygotowano konstrukcje typoszeregów pulsacyjnych pras hydraulicznych i mechanicznych oraz pieców tunelowych i komorowych.

---

Experiments were carried out on the process of shaping by plastic working from loose metallic materials the toothed wheels for gerotor pump (small wheel with 4 external teeth, large wheel with 5 internal teeth). The sequence of technological operations started with bilateral pressing with quasistatic force and - alternatively - pulsating force (up to 500 Hz), exerting pressures of up to 1100 MPa. The densities above 7.5 g/cm3 were obtained. The heat treatment operation included sintering under standard conditions. The finishing operation consisted in calibration by push broaching. The dimensional and shape accuracies of 3 µm and surface finish corresponding to that produced by polishing were obtained. The laboratory experiment was preceded by computer simulation of the casting design. The results of the simulation were used in designing the working parts of the test tools, i.e. die, punch and inserts. To implement the process in industry, the type series of hydraulic and mechanical pulsation presses and of tunnel and chamber furnaces were designed.