传动轴精拔前处理工艺优化及冷拔过程有限元分析

发布时间：2017-10-17 23:21

  本文关键词：传动轴精拔前处理工艺优化及冷拔过程有限元分析

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【摘要】：传动轴广泛用作各种机械、汽车和家电行业的轴类零件，如皮带运输机托辊轴、家用电器电机轴、各种机械的轴类零件等，当其精度高达IT6至IT5时，通常采用的制造方法是车削——磨削加工，不但生产效率低，设备投资大，而且机加工过程会产生废料、废液，不便于绿色制造；而传统冷拔工艺生产传动轴的方法，不但尺寸精度低，而且尺寸稳定性也差，不能满足高精度传动轴的质量要求。高精度冷拔技术是对传统的冷拔工艺进行优化、改进并进行技术创新。本课题通过对冷拔前酸洗工艺和润滑工艺参数进行优化，以及对冷拔过程进行数值模拟仿真，研究分析冷拔模具的结构及尺寸匹配，从而实现精级冷拔要求，使得冷拔后的传动轴能够直接装配轴承使用。 本文主要从冷拔前预处理工艺和冷拔过程模拟仿真分析两个方面进行研究。首先，以传动轴常用材料45钢为对象，通过正交实验法，，综合研究冷拔前的预处理工艺，有效提高了润滑效果，这是保证冷拔精度的前提。实验结果表明：45钢获得良好酸洗效果的较佳工艺参数组合为：硫酸浓度17%、酸洗温度50℃、酸洗时间5min；过酸洗会严重影响材料的伸长率、断面收缩率等塑性性能，在实际生产中一定要防止过酸洗的情况发生；45钢获得良好磷化效果的较佳工艺参数组合为磷化液PH值2.0、磷化温度75℃、磷化时间20min；通过扫描电子显微镜进行分析，结果显示：45钢表面的中温锌系磷化膜晶粒犹如花瓣一样向四周扩散且主要呈现棒状组织结构，皂化膜为一层疏松多孔的棉絮状组织结构，晶粒之间的堆积比较紧密。其次，对冷拔过程进行模拟仿真分析，利用ANSYSWorkbench软件分别对锥模和弧模下冷拔传动轴成型过程模拟仿真，分析结果表明：弧模在网格变形、残余应力、冷拔力和成型直径精度等方面要优于锥模，其理论数据可作为模具结构优化设计的参考。
【关键词】：45钢 传动轴 精级冷拔 预处理工艺优化 模拟仿真分析
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.2;TG356
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究的背景、目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 研究方案11-13
• 1.3.1 课题来源11
• 1.3.2 研究目标11-12
• 1.3.3 本文研究的主要内容12
• 1.3.4 创新点12-13
• 第二章 冷拔前酸洗工艺参数的优化分析13-25
• 2.1 酸洗工艺概述13-15
• 2.1.1 硫酸酸洗过程中的化学反应13-14
• 2.1.2 酸洗氢脆14-15
• 2.2 酸洗实验条件15-17
• 2.2.1 实验仪器及所用试剂15-16
• 2.2.2 酸洗试样的制备16-17
• 2.3 酸洗工艺参数的正交实验17-22
• 2.3.1 正交实验设计概述17
• 2.3.2 酸洗各工艺参数范围的确定17-19
• 2.3.3 选择正交表并设计表头19
• 2.3.4 实验方案及测试结果19-22
• 2.4 实验结果分析22-24
• 2.4.1 记录表数据分析22
• 2.4.2 正交表数据分析22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 冷拔前润滑工艺参数的优化分析25-38
• 3.1 润滑工艺概述25-29
• 3.1.1 磷化工艺25-29
• 3.1.2 皂化工艺29
• 3.2 润滑实验条件与流程29-30
• 3.2.1 实验条件29-30
• 3.2.2 试样处理工艺流程30
• 3.3 润滑实验方法30-33
• 3.3.1 磷化工艺参数范围的确定30-31
• 3.3.2 磷化工艺参数的正交实验31-33
• 3.3.3 皂化实验方案33
• 3.4 实验结果及分析33-37
• 3.4.1 磷化膜表面形貌33-34
• 3.4.2 磷化膜截面形貌及成分分析34-35
• 3.4.3 皂化膜表面形貌35-36
• 3.4.4 皂化膜截面形貌及成分分析36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 基于ANSYS Workbench的冷拔传动轴成型过程非线性有限元分析38-56
• 4.1 ANSYS Workbench软件简介38-40
• 4.2 弹塑性有限元相关理论概述40-41
• 4.2.1 弹塑性有限元法40-41
• 4.2.2 塑性成型的非线性问题41
• 4.3 冷拔模具的结构设计41-43
• 4.4 冷拔力的理论计算43-45
• 4.4.1 冷拔力计算模型43-44
• 4.4.2 冷拔力计算的经验公式44-45
• 4.5 冷拔传动轴成型过程的数值模拟45-46
• 4.5.1 模拟方案的确定45-46
• 4.5.2 有限元模型的建立46
• 4.6 锥模和弧模的仿真结果对比分析46-54
• 4.6.1 网格变形46-47
• 4.6.2 冷拔力分析47-48
• 4.6.3 轴向应力分析48-50
• 4.6.4 径向应力分析50-51
• 4.6.5 周向应力分析51-53
• 4.6.6 残余应力分析53
• 4.6.7 成型直径分析53-54
• 4.7 本章小结54-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 总结56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-62
• 附录62-63
• 致谢63

【参考文献】

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本文编号：1051630