汽车转向节十字轴的预锻成形及模具改进开题报告.doc

山东建筑大学毕业论文开题报告表班级：成型051姓名：胡彬浩指导教师：任国成论文题目汽车转向节十字轴的预锻成形及模具改进一、选题背景和意义随着经济发展，生活水平提高，在满足需求的基础上，人们对产品的性能提出了越来越多的要求，十字轴是汽车上转向节必备的零件之一，在传动系统中，承载较大，在结构上不可避免的存在应力集中，而轴头尺寸又受到限制，因而对加工制造的工艺要求比较高，基本都是专业化生产。这样，在生产企业中，需要面对客户所提出来的各种外形相似，尺寸有所区别的零件。近年来，私家车的快速发展，对高速发展的汽车行业提出了更多的个性化要求，刺激了更多汽车型号的开发，也带动了汽车配件的快速发展，有很多配件都具有某些相似的特征，比如十字轴是汽车配件中应用广泛的一类零件.DEFORM-3D是一套基于工艺模拟系统的有限元系统,专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维流动,提供极有价值的工艺分析数据,及有关成形过程中的材料和温度流动.典型的DEFORM-3D应用包括锻造,挤压,镦头,扎制,自由锻,弯曲和其他成形加工手段。DEFORM-3D是模拟3D材料流动的理想工具。它不仅鲁棒性好，而且易于使用。DEFORM-3D强大的模拟引擎能够分析金属成形过程中多个关联对象耦合作用的大变形和热特性。系统中集成了在任何必要时能够自行触发自动网格重划生成器，生成优化的网格系统。DEFORM-3D图形界面即强大又灵活，为用户准备输入数据和观察结果提供了有效工具。DEFORM-3D还提供了3D几何操作纠正工具，这对3D过程模拟极为重要。在最近的国际范围复杂零件成形模拟招标演算中，DEFORM-3D的计算精度和结果可靠性，被国际成形模拟邻域公认为第一。相当复杂的工业零件，如连杆，曲轴，扳手，具有复杂筋翼的结构零件，泵壳和阀体，DEFORM-3D都能够令人满意地例行完成。二、课题关键问题及难点十字轴类零件属于轴对称件，锻压过程中，金属向下充填胴部，同时向四个轴向伸展，填充轴向空间，在此过程中轴向金属流动较为困难，同时，在胴部,又很容易形成飞边。预锻飞边的出现，不仅浪费了材料，还造成终锻所需打击力的提高。十字轴类零件在锻造成形过程中，坯料在空气锤的打击下，发生变形，向故部和轴部流动；预模腔内壁存在相对运动，因而存在摩擦力，摩擦力的存在阻碍金属的流动，但由于坯料受到的竖直方向的力，足以抵抗摩擦力，因而，坯料首先充填舰部，然后再充填轴部。在充填模膛过程中，如果型腔的造型不合理(比如存在比较大的轴肩差、不合适的圆角)，金属的流动就会受到抑制，最终不能很好的充填轴部型腔，而敌部的金属，会以预锻飞边的形式流出。产生预锻飞边的另一个原因就是坯料尺寸过大，坯料尺寸可以取根据预锻模膛和终锻模膛体积计算出来的一个中间值，这里的取值是在一个范围内取值，当取值较大时，会产生预锻飞边，模具不能打靠，加工精度也会受影响。在目前采用的工艺中，无论怎样修改坯料的尺寸，都会产生预锻飞边，仅仅是飞边的大小有所差异。这也是现在生产中所存在的问题。模拟过程需要做的工作有:导入坯料和模具模型并定位、设置坯料材料、温度、划分网格、设置体积补偿、定义模具运动状态(或定义所用设备性能)、设置接触点的摩擦、润滑条件、步长、运行长度等。参数的设置要确保模拟环境尽量符合实际工作条件，因为这里的参数设置对后续的模拟过程的计算起决定性作用。1网格划分划分网格是Deform一3D计算的基础，合理的网格划分会直接影响计算的确性，对现实结果的逼近程度以及计算时间和生成数据库的规模。2温度参数温度参数是模拟过程另一个重要的参照量，材料的性能，如流动应力被定义温度的函数。在变形过程中，温度的高低直接影响金属流动的难易。3摩擦系数摩擦系数是影响金属流动的另一个重要物理量，摩擦系数的大小，直接决定模腔对金属流动的阻碍程度。4步长步长f的选择是影响计算精度、数据库规模和运算时间的另一个参数。步长越小，计算结果越准确，但是会造成运算量成倍增加。5其它参数除上述的跟计算相关的参数之外，还有压下量，保存次数的选择，保存次数越多，数据库越庞大，描述也就越具体。在十字轴类零件成形过程中，坯料的变形主要是塑性变形，弹性变形可以忽略不计，整个成形过程，近似于刚塑性变形过程，因此，可以以刚塑性模型来设置零件的参数。由于十字轴本身在运动中承受较大载荷，并且由于其自身结构特点，不可避免的存在一定的应力集中,在十字轴的轴肩部位，所受到的转矩比较大，应力集中也比较明显，因此，这个部位最容易发生机械损伤，这个部位也是我们在加工过程中需要特殊处理的地方。并且通过模拟将最大应力产生在合适的位置同时有效的降低最大应力值，防止十字轴断裂。三、调研报告（或文献综述）从理论上讲，十字轴类零件的加工方法主要有机加工、热锻、冷挤等。传统的模锻工艺采用下料、模锻、切边,其中模锻又分为预锻和终锻两个过程。工厂实际生产中,预锻与终锻大多采用相同的型腔。预锻的目的就是实现坯料的预成形,为终锻提供合理的坯料分配。但预锻结束后会产生飞边,这些飞边会导致终锻工艺力增加,终锻变形更困难。传统工艺下的预锻型腔外形并不合理。预锻型腔的作用，就是实现坯料的预成形，为终锻提供方便，因而，预锻型腔的几何形状可以在一定程度上变化，来实现预锻无飞边、终锻所需能量降低的目的。在传统的加工工艺中，模具上有一个预锻模膛，三个终锻模膛，这样虽然可以较好的提高模板利用率，但是存在压力中心和锻模中心不重合的问题。模膛压力中心和锻模中心位置重合时，打击力与金属变形阻力在同一垂线上，不产生错移力，反之，就会产生偏心力矩，使上下模产生错移，造成锻件在分模面上的错差，并增加设备磨损。模具设计：1热锻件图根据锻件图,设计热锻件图,对全长、中幅热收缩量按1.3%,外径、锷径,胴厚因有打不靠趋势按+0.2mm,股巾,中宽按原尺寸设计,拔模斜度按7,十字轴分模面以轴径的中间为分模面,俯视图中上部为上模膛,下部为下模膛。十字轴有上、下不完全对称的,较高部位难以充满部位,应在上模膛。2模膛设计提高表面质量,采取预锻终锻工艺，根据要求决定立打、横打。立打一模只能打1件（对锻件流线有特别要求时）,或一些大型件使用,横打可根据大、中、小件,决定一模打几件,一般小件一模打34件,中型件一模打23件,大型件一模打12件。终锻模制造完全按热锻件图尺寸,预锻模以热锻件图为依据,与热锻件图比,采用大的圆角半径,全长短,股巾小,厚度大,中宽大,外径:厚度方向大,宽度方向小。终锻模槽四周开飞边槽,便于容纳多余的金属,增加金属流出模膛的阻力,迫使金属充满模腔，模具材料使用5CrNiMo,热处理,HRC4149,燕尾部HRC3540,为便于制作模具,根据热锻件图设计样板,通过样板来决定型腔尺寸。四、方案论证利用切削加工方法加工十字轴类零件，生产工序多，效率低，材料浪费严重，并且切削加工不仅不能强化轴肩部位的强度还会破坏零件的金属流线结构，不易采用。冷挤压加工生产十字轴类零件，尺寸精度高、力学性能好、生产工序少、材料利用率高、生产效率高。但由于冷变形所需要的设备吨位大，模具易磨损，对挤压设备要求较高，与热模锻相比，模具设计、润滑、工艺等都复杂的多，在我国目前的技术下，开发这样的结构反而会提高产品的总体成本，并且不能充分利用国内现有的设备。采用热模锻方式加工SOREM系列等十字轴类零件，由于我们已经有了成熟的经验可以借鉴，模具设计简单，开发费用低，寿命长，综合考虑各种因素，用热模锻作为加工方式。分析了十字轴类零件成形过程的应力应变特点，通过有限元模拟技术对其成形过程进行的模拟，选择合适的坯料、预锻型腔尺寸和型腔外形，实现了减小飞边，提高材料利用率的目的，同时也提高了设备寿命，降低了能耗。五、进度安排1-2周查阅有关资料，调研，写开题报