钟形套锻造工艺及其模具设计

钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计I摘要等速万向节是轿车的传动轴和极为重要的承载部件，其应用是现代轿车舒适性、高传动效率和低噪音的重要标志。在等速万向节中，以钟形套的制造技术难度最大，它不仅重量大，形状复杂，加工精度要求高，而且生产工艺一直处于专利或保密状态。随着轿车工业的发展，对其需求量越来越多。近年来，美国、日本和俄罗斯等国采用“温锻+冷锻”复合成形工艺生产出的钟形套锻件外表面留约 l mm 的加工余量，球形内表面仅留约 05mm 的磨削量，六条弧形球道仅留 O30，4mm 磨削量。随着国内汽车工业迅速发展的需要，我国在 80 年代后期开始等速万向节的生产。和发达国家相比，我国汽车零件的精密塑性成形工艺(包括冷温精锻)还比较落后，因此，研究等速万向节钟形套精密成形技术，已成为我国汽车工业的重要课题。利用 CAXA 绘制二维图，针对钟形套反挤压和冷缩经成形过程，把温锻温度范围的材料抗力模型引入 CAD 技术，建立与实际三维问题相符的模型， ，模拟结果可以有效地指导工艺和模具设计。关键词： 钟形套 ； 多工序冷温成形 ； CAD 技术；CAXA钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计IIABSTRACTThe cross groove constant velocity joint，a transmission shaft，is a very important load-supporting part of saloon calThis kind of joint can result in a reduction of vibration and noise，a significant reduction in joint size and an increase in the maximum speed and torque It is one of crucial issues in modem saloon car In the all parts of the joint，the outer race is very difficult to be forged because of complicated shape，big weight and high precisionAnd the forming process is protected by patent or is kept a secret stillDue to rapid increase in car industry,there is a greater demand for such jointsIn recent years，a forging part of the outer race，which has just grinded tolerances of 1.0 mm in outer surface，05 mm in inner sphere surface and 0304 mm in arc sphere grooves，Can be formed by USA，Japan and Russia with warmcold forming process Ever increasing requirements of the auto industry make it necessary to develop and manufacture the cross groove constant velocity joint，SO some Chinese enterprises began to manufacture it in the late of 80S last centuryCompared with those developed countries，China has poor ability in cold and warm forging process to produce this componentIn order to meet the development demands of Chinese automobile industry，research and development of the precise forming process of the outer race becomes the key project钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计IIIUsing CAXA drawing 2 d figure，in order to analyze the forming process of backward extrusion and precision necking of outer race，the material model of warm forging temperature range is inducted into CAD technologyPlastic deformation 1aw is simulated and all obtained results Can be applied to development of multistage forming process and die design for outer raceExperiment equipments are designed and manufactured on the basis of the above simulation results and Experiments of multistage forming process are performed and the force。stroke calve and trend of metal flow about every forming procedure is obtainedMeanwhile the results of FEM simulation and experiment are compared,it shows that they are good agreementKeywords：Constant velocity joint outer raceMultistage warmcold forging process CAD technology CAXA钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计IV摘要 .IABSTRACT.II第一章 绪论 .111 研究的意义与选题依据 .1111 精密塑性成形技术： .1112 温冷锻精密成形技术在汽车中的应用 .2113 课题的来源及研究意义 .312 精密温冷锻成形技术及其研究概述 .5121 冷锻 .5122 温锻 .5123 温冷锻复合成形工艺的研究开发 .6第二章 成形工艺的比较分析 .821 引言 .82. 2 锻件材料特性 .1023 钟形套预成形件温热成形的前提 .1124 钟形套预成形件温热成形工序方案选择 .12241 钟形套预成形件工艺方案的选择 .12242 不同工艺方案的成形过程模拟和比较 .13243 分析和选择 .172. 5 工艺流程与工步图设计 .182. 5. 1 坯料体积及尺寸的确定 .18第三章 钟形套模具设计 .203. 1 预锻模具设计 .203. 1 .1 折叠 .203. 1. 2 充不满 .213. 1. 3 预锻模具结构设计 .213. 2 终锻模具设计 .233. 2. 1 热锻件图 .233. 2. 2 模架 .23钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计V3. 2. 3 模块 .243. 2 .4 飞边槽 .243. 2. 5 锁扣 .253. 2. 6 钳口 .25第四章 冷缩径变形过程及模具结构 .2741 引言 .2742 冷缩径成形 .28421 冷缩径成形过程 .28422 回弹的研究 .3043 模具结构 .30431 模具结构 .30432 运动仿真 .3344 结论 .33第五章 模拟结果的应用 .345. 1 模具的优化设计 .345. 2.坯料的选用 .345. 3 设备的选择 .36第六章 总结 .38参考文献 .40致谢 .42钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计1第一章 绪论11 研究的意义与选题依据111 精密塑性成形技术：世纪之交，科技发展日新月异，知识经济初现瑞倪，制造业也经历着一场深刻的技术革命，全球先进制造技术(AMT)正以迅猛的步伐发展，改变了传统制造技术的面貌和旧的制造模式。成形制造技术向高精度发展是制造技术的一个重要发展方向。成形制造技术是铸造、塑性加工、连接、粉末冶金等单元技术的总称。展望21世纪，成形制造技术正在从制造零件的毛坯、从接近零件形状(NearNet Shape Proccess)向直接制成零件精密成形或称净成形(Net Shape Proccess)的方向发展。据国际机械加工技术协会预测，本世纪初，塑性成形与磨削加工相结合，将取代大部分中小零件的切削加工。Hitz等人指出，到20052010年前后，成形件的公差将等于今天的磨削精度。精密成形技术是现代制造技术中非常活跃和重要的发展方向，是先进制造技术的重要组成部分，是现代电子技术、计算机技术、新材料、精密加工和测量技术与传统成形技术(铸造、锻压、焊接等)相结合的产物，其目的在于使成形的制品达到或接近最终产品的形状和尺寸，并且优化质量，缩短制造周期，降低成本，其方向是精密化、高效化和轻量化。新一代精密成形制造技术重点开发以实模精密成形、刚形(准刚形)精密成形、高精密造型(芯)技术为主的精密铸造技术；以精密锻模、辊锻、热轧、热挤压、多向分模锻造、热镦锻技术为主的精密热塑性成形技术；以温挤、冷挤、冷轧、超塑性等温成形、冷精整及复合成形技术为主的机械构件精密成形技术等。其中精确锻造成形技术将是2 1世纪塑性成形技术发展的主流。近年来，精密塑性成形制造技术发展迅速，已突破了主要提供毛坯的范畴，向部分取代切削加工、直接生产半成品或成品零件的方向发展，扩展了塑性成形的应用范围，且具有生产效率高、零件质量好、产品成本低、节约原材料和能源等优点，已成为塑性成形技术中极为重要的一个生长点。在上个世纪八十年代末九十年代初，日本汽车制造行业成功地打入美国汽车制造行业及汽车市场，靠的是先进精密制造技术。所谓2mm工程就是最典型的事例之一，即日本制造的轿车车门，安装到轿车车身的门框上，关上后周边仅lmm的间隙，欧洲汽车行业制造的轿车间隙为2mm左右，而美国制造的轿车车门周边间隙大到3mm以上。由于美国的轿车零部件制造水平不如日本，导致整车性能竞争不过日本。这一问题引起了美国制造行钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计2业、美国政府乃至克林顿总统的高度重视，反思其原因在于由于计算机、电子及信息技术的发展，人们错误地认为制造行业是“夕阳”工业，忽视了制造工业的重要性。针对这一情况，克林顿总统率先提出先进制造技术的概念，并提出发展先进制造技术的政策。仅仅数年，美国的先进制造技术的发展处于国际先进水平，大大促进了美国汽车制造行业的发展。112 温冷锻精密成形技术在汽车中的应用锻压工业广泛应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域，其中作为衡量一个国家工业水平的标志之一的汽车工业，被当今世界主要工业发达国家和新兴工业国家列为国民经济支柱产业，其发展主导了锻压技术及装备的发展，锻压技术的发展和进步基本围绕汽车工业的发展而进行。激烈的市场竞争促使汽车更新换代的速度明显加快，产品的市场寿命周期进一步缩短；与此同时，汽车变型品种日益增多。目前，世界上平均每3叫年，轿车就要更新次车型，整个汽车制造业朝着提高载重自重比、节省能耗、降低噪音，高速、安全、舒适性方向发展。相应地汽车零部件制造技术发展也极为迅速，主要发展方向和发展趋势为：零件毛坯精密化甚至达到磨削精度的效果，稍作处理或不作处理就可直接装车；高的强度厘量比；应用组合件，减少整车零部件的数量；提高工艺的可靠性和设备的制造柔性；减少模具和工装的数量；减少设备的运行巡视；缩短设计到制造设计到市场的周期等。世界各国汽车工业之间的竞争日趋激烈，生产厂家在激烈的市场竞争中，获胜的前提条件是利用低成本生产出高质量的产品，这样对汽车工业中的塑性加工生产提出了更高的要求。厂家必须根据零件的批量及设计要求选择合适的工艺，以降低生产成本。汽车生产向着高性能方向发展。关键传动部件的体积越来越大，一般冷锻压力机不能胜任。温锻工艺应运而生。温锻的应用大幅度降低了毛坯的成形压力，具有较高的精度水平，解决了较大零件的成形问题。温锻技术可充分发挥其优越性，降低成本，提高质量，故温锻或温冷锻技术近年在美国、日本、德国等工业发达国家得到了越来越广泛的应用，并有逐渐取代热锻工艺的趋势。汽车工业中存在大量形状较复杂的轴对称或旋转对称零件，包括轴径、内星轮、外套、齿轮、极爪、联轴器等。这些锻件受零件材料或零件形状的限制，用单纯的冷锻工艺难以成形；若采用热锻工艺，则原材料及能源的消耗量大，后续机加工量大，由于型面形状复杂，机加工难度高，势必增加生产成本，且切削加工会破坏零件的金属流线结构，降低零件的机械性能。这些锻件的生产批量大，如采用温锻工艺或“温锻+冷锻”综钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计3合工艺来生产，则可以充分发挥温锻精密成形的优越性，降低成本，提高质量。当今，汽车工业已逐渐成为中国国民经济的的支柱产业。和发达国家相比，我国汽车工业的精密塑性成形工艺(包括温冷精锻)还比较落后，对于一些在发达国家比较成熟的精密成形工艺还没有完全的消化和吸收。为了提高我国汽车工业的温冷锻技术水平，对其成形工艺与理论展开深入研究是必要的。113 课题的来源及研究意义在该项目中，将对轿车等速万向节中的关键零件(如图11、图12所示)的冷、温锻成形过程进行研究，从理论和实践中总结出切合实际生产流程的工艺方案及模具设计最佳方案，并将逐步投入实际生产。本论文以钟形套为代表，研究其精密成形工艺成形规律和相应的模具技术。图11 等速万向节驱动结构图结构图图1.2等速万向节重要零件图等速万向节是轿车的传动轴，这种传动轴具有结构合理、传动效率高、噪音小和寿命长等优点，国外轿车普遍采用，是极为重要的部件，它的应用是现代轿车舒适性、高钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计4传动效率和低嗓音的重要标志。随着轿车工业的发展，对其需求量越来越大。每车需用两根，到2005年我国轿车年产量超过200万辆，社会轿车保有量将达1000万辆，相应的维修量按5计算，再把部分轻型车及四轮驱动(4WD)轿车的需要考虑进来，估计出年所需量400万根以上；到2010年，我国轿车年产量将达400万辆以上，加上社会保有量的维修市场，预计年将需等速万向节1000万根以上。这将是一个庞大而有潜力的市场。同时对等速万向节的生产率、材料利用率及其他需求也就越来越高。因此开展等速万向节精密成形工艺的研究，是今后大规模发展轿车产业所必须的。钟形套、星形套、三销滑套、三销轴等组件是构成等速万向节的关键零件，形状极为复杂，尺寸精度要求高，从毛坯到成品零件均不能采用常规工艺方法和设备制造，必须采用先进精密制造技术，其中钟形套不仅规格品种多，且技术难度最大。因此，衡量一个国家的轿车等速万向节乃至先进精密制造行业的生产水平，常以生产钟形套的技术水平为代表。我国自“八五”以来，上海纳铁福传动轴有限公司，中德合资吉林等速万向节公司，襄阳汽车轴承公司，杭州万向集团股份有限公司等通过引进关键机床，采用国内通用机床配套，形成年机加工能力100万余根。而其关键零件钟形套、三销滑套等的毛坯精化尚处于起步阶段，仅江苏大丰的三销滑套冷挤压形成了中小批量生产，而钟形套的精化毛坯生产均未达到生产的要求。具体的目的和意义为：(1)与“神龙富康”轿车配套，解决等速万向节供应瓶颈，实现等速万向节国产化，节约外汇，降低成本富康车除进口一部分等速万向节外，主要由上海纳铁福传动轴有限公司供给半轴。由于上海轿车产量迅速增加，该公司继续供给半轴十分困难，因此希望襄轴公司尽快成为富康车半轴供应点，故研究等速万向节精密成形已成为一项紧迫的任务。神龙富康轿车进口一套(2根)等速万向节需4000元左右，若实现国产化，每套只需1400元，仅此一项就可以使神龙轿车整车成本降低2600元左右。因此实现等速万向节的国产化将产生明显的经济效益。(2)提高材料利用率和生产效率钟形套、三销轴套形状复杂且尺寸精度高，采用精化毛坯可显著提高材料利用率，减少机加工工作量，提高生产效率。以富康车钟形套为例，若采用本课题提供的精密成形工艺，同传统的生产工艺相比，预计单个锻件用料可由26Kg减少到19Kg，机加工工作量可减少50%以上，每件节约材料及机加工费用2530元以上。钟形套锻造工艺及其模具设计-毕业设计5(3).与引进的关键设备配套，填补我省等速万向节精化毛坯生产的空白对于机械加工，襄轴公司在八五期间投入7000万元引进部分关键机械加工设备，与国内通用机械加工设备配套，初步形成了约10万根的生产能力。而在钟形套等关键零件精化毛坯的生产方面完全处于空白。使进口关键机加工设备不能有效发挥其应有的作用