轿车空心轴无芯棒旋锻进给参数变化仿真研究
发布时间：2022-02-11 20:30
旋锻工艺是一种近净成形加工工艺,其生产效率高,成形质量好,广泛应用于轴管状零件的生产中。而轿车空心轴无芯棒旋锻进给参数变化制定不合理,会导致内外圆度质量差,特别是出现旋锻几何缺陷时,后续的旋锻会加剧折叠现象,旋锻轴的疲劳强度和疲劳寿命大幅度下降,难以满足产品耐久性要求。因此,深入分析轿车空心轴无芯棒旋锻进给参数变化研究,避免旋锻过程中折叠缺陷产生,具有重要工程意义。本文以某轿车空心轴无芯棒旋锻为研究对象,由于无芯棒旋锻内壁无芯棒支撑自然流动成形,成形质量较难控制。因此,随着无芯棒旋锻外径减小和力学特性改变,在不同外径下根据进给量大小分为粗、中以及细进给道次。本文主要研究内容如下:（1）提出了无芯棒旋锻进给参数变化约束条件为应力约束和几何约束。应力约束结合毛坯力学特性和加工硬化特性,避免径向进给量过大造成损伤和影响后续加工。几何约束避免径向进给量过大和多道次径向进给下内圆出现几何缺陷。（2）通过应力约束和几何约束确定径向进给量范围,内圆圆度控制避免出现几何缺陷和锻打效率确定径向进给道次;通过外圆最大变形和最小变形位置确定周向进给量,保证坯料各部分得到锻打和内外圆度质量要求以及锻打效率确定...
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中间空两头实心和全部空心的中间轴
第二章无芯棒旋锻和非进给参数确定7第二章无芯棒旋锻和非进给参数确定2.1研究对象和要求2.1.1研究对象某轿车的等速万向传动中间旋锻轴如图2-1所示，该车在运行过程中要求承受大扭矩、大转角等工作条件，要求旋锻轴不仅具有较高的静强度以抵抗冲击和静载，还要有较高的疲劳强度和疲劳寿命以抵抗疲劳失效[49]。根据中间轴的结构形式，将中间轴分为轴段I、轴段II和轴段III，轴段I和轴段III称为固定段和滑移段，分别与固定型万向节以及滑动型万向节配合[50]。轴段I、轴段III为变壁厚变截面的空心轴段部分，首先通过无芯棒多道次旋段成形，然后再进行渐开线花键冷挤压成形。I轴段II为等壁厚的空心轴段部分，通过含芯棒单道次旋锻成形。IIIIII图2-1产品尺寸图本文主要研究无芯棒旋锻轴段III部分，主要是有以下三个原因：（1）结构特征：无芯棒旋锻部分相比含芯棒旋锻部分尺寸孝应力高导致强度低，为薄弱段。无芯棒旋锻轴段III尺寸比轴段I小，故在制定无芯棒进给参数变化以轴段III为例。（2）成形方式：含芯棒旋锻模具锻打过程中坯料外表面受压同时内部有芯棒支撑也受压应力，成形质量较好，在旋锻过程中不会产生折叠缺陷。无芯棒旋锻内壁没有芯棒支撑受拉应力，内壁自然流动成形质量较难控制导致成形质量较差，若进给参数制定不合理或者缺乏变化容易产生折叠缺陷。（3）后续加工：无芯棒旋锻后续存在渐开线花键冷挤压成形，若毛坯材料-进给参数之间匹配不合理，导致无芯棒旋锻后硬度过高无法渐开线花键冷挤压成形。2.1.2无芯棒旋锻要求由等速万向传动中间旋锻轴产品尺寸图可知，对无芯棒旋锻主要有尺寸要求、表面质量要求以及强度要求。对于无芯棒旋锻外表面受压应力成形质量较好，外表面无公差尺寸要求。
上海理工大学硕士学位论文8对旋锻轴整体有静强度和疲劳强度要求，内表面旋锻受拉自然流动成形，外表面受压。内表面质量影响旋锻轴的静强度和疲劳强度。无芯棒旋锻要求内表面不能出现折叠、裂纹等缺陷影响旋锻轴的静强度和疲劳强度。本论文研究的无芯棒旋锻进给参数变化是为了避免预防内表面出现折叠、裂纹等缺陷影响旋锻轴的静强度和疲劳强度。2.2无芯棒旋锻成形理论无芯棒旋锻为模具对坯料进行高频锻打，径向进给完成后通过多次周向进给完成修圆效果。与含芯棒成形工艺不同，坯料内壁没有芯棒支持，模具多道次径向锻打，坯料没有轴向运动，通过采用整体式模具实现无芯棒旋锻成形变截面变壁厚结构。无芯棒轴段III结构决定了模具的长度和弧面，根据弧面类型分为水平段，锥面段，凸圆过渡，凹圆过渡以及凸凹圆复合段。本文采用塑性成形中的主应力法对轴段III不同部分结构进行受力分析和平衡方程的求解并做以下假设和简化：（a）材料均匀，各向同性且不可压缩；（b）摩擦模型采用剪切摩擦模型；（c）忽略弹性变形和惯性力影响；（d）忽略模具之间间隙，简化为轴对称模型。（1）水平段以无芯棒旋锻轴段III中间部分某一水平段如图2-2所示，取微元体进行受力分析如图2-3所示。图2-2水平段结构2-3微元体受力分析σz为轴向应力，单位：MPa；σr为径向应力，单位：MPa；pn为模具锻压面法向压强，单位：MPa；σs为材料屈服强度，单位：MPa；Δl为分析段长度，单位：mm；D为水平段外径，单位：mm；d为水平段内径，单位：mm；αi为第i组模具接触圆弧所对应的圆弧半角，单位：°；τf为切向应力，单位：MPa，切向应力表达式如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]身管线膛精密径向锻造的锻透性分析[J]. 张雪,樊黎霞,张鹤词. 兵工学报. 2019(03)
[2]某汽车旋锻轴毛坯尺寸要求研究[J]. 李栋材,卢曦,孙子莹,舒文涛,刘晓辉. 塑性工程学报. 2019(01)
[3]医用镍钛形状记忆合金管材旋锻的有限元模拟[J]. 刘汉源,麻西群,苏连朋,程军,何卫敏,王云. 机械制造. 2018(01)
[4]铜/钛双金属复合管的热旋锻制备及其界面组织性能[J]. 刘新华,邹文江,付华栋,刘雪峰,谢建新. 稀有金属. 2017(04)
[5]身管弹膛精锻成形几何分析和成形条件研究[J]. 黄雷,樊黎霞. 精密成形工程. 2016(01)
[6]圆弧砧结构尺寸对列车车轴成形质量影响[J]. 杜诗文,孙瑞环,李永堂. 塑性工程学报. 2015(06)
[7]高扭转刚度汽车传动轴设计研究[J]. 朱卓选. 上海汽车. 2015(05)
[8]无芯棒式旋锻工艺参数对传动轴表面质量的影响[J]. 秦文瑜,卢曦,高文贵,龚政. 塑性工程学报. 2014(06)
[9]Mg和Cu在Al-Zn-Mg合金时效初期的Monte Carlo模拟[J]. 林柳秋,荣莉,王为,聂祚仁. 中国有色金属学报. 2012(02)
[10]钼金属径向精锻工艺的数值模拟[J]. 王玉凤,李付国,谢汉芳,刘趁意,付静波. 稀有金属材料与工程. 2009(12)
博士论文
[1]身管径向锻造工艺及锻后身管性能研究[D]. 刘力力.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]压下率与送进率对径向锻造锻件质量影响的研究[D]. 余琼.上海交通大学 2015
[2]身管径向锻造过程解析分析与数值模拟[D]. 王志刚.南京理工大学 2011
本文编号：3620902
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中间空两头实心和全部空心的中间轴
第二章无芯棒旋锻和非进给参数确定7第二章无芯棒旋锻和非进给参数确定2.1研究对象和要求2.1.1研究对象某轿车的等速万向传动中间旋锻轴如图2-1所示，该车在运行过程中要求承受大扭矩、大转角等工作条件，要求旋锻轴不仅具有较高的静强度以抵抗冲击和静载，还要有较高的疲劳强度和疲劳寿命以抵抗疲劳失效[49]。根据中间轴的结构形式，将中间轴分为轴段I、轴段II和轴段III，轴段I和轴段III称为固定段和滑移段，分别与固定型万向节以及滑动型万向节配合[50]。轴段I、轴段III为变壁厚变截面的空心轴段部分，首先通过无芯棒多道次旋段成形，然后再进行渐开线花键冷挤压成形。I轴段II为等壁厚的空心轴段部分，通过含芯棒单道次旋锻成形。IIIIII图2-1产品尺寸图本文主要研究无芯棒旋锻轴段III部分，主要是有以下三个原因：（1）结构特征：无芯棒旋锻部分相比含芯棒旋锻部分尺寸孝应力高导致强度低，为薄弱段。无芯棒旋锻轴段III尺寸比轴段I小，故在制定无芯棒进给参数变化以轴段III为例。（2）成形方式：含芯棒旋锻模具锻打过程中坯料外表面受压同时内部有芯棒支撑也受压应力，成形质量较好，在旋锻过程中不会产生折叠缺陷。无芯棒旋锻内壁没有芯棒支撑受拉应力，内壁自然流动成形质量较难控制导致成形质量较差，若进给参数制定不合理或者缺乏变化容易产生折叠缺陷。（3）后续加工：无芯棒旋锻后续存在渐开线花键冷挤压成形，若毛坯材料-进给参数之间匹配不合理，导致无芯棒旋锻后硬度过高无法渐开线花键冷挤压成形。2.1.2无芯棒旋锻要求由等速万向传动中间旋锻轴产品尺寸图可知，对无芯棒旋锻主要有尺寸要求、表面质量要求以及强度要求。对于无芯棒旋锻外表面受压应力成形质量较好，外表面无公差尺寸要求。
上海理工大学硕士学位论文8对旋锻轴整体有静强度和疲劳强度要求，内表面旋锻受拉自然流动成形，外表面受压。内表面质量影响旋锻轴的静强度和疲劳强度。无芯棒旋锻要求内表面不能出现折叠、裂纹等缺陷影响旋锻轴的静强度和疲劳强度。本论文研究的无芯棒旋锻进给参数变化是为了避免预防内表面出现折叠、裂纹等缺陷影响旋锻轴的静强度和疲劳强度。2.2无芯棒旋锻成形理论无芯棒旋锻为模具对坯料进行高频锻打，径向进给完成后通过多次周向进给完成修圆效果。与含芯棒成形工艺不同，坯料内壁没有芯棒支持，模具多道次径向锻打，坯料没有轴向运动，通过采用整体式模具实现无芯棒旋锻成形变截面变壁厚结构。无芯棒轴段III结构决定了模具的长度和弧面，根据弧面类型分为水平段，锥面段，凸圆过渡，凹圆过渡以及凸凹圆复合段。本文采用塑性成形中的主应力法对轴段III不同部分结构进行受力分析和平衡方程的求解并做以下假设和简化：（a）材料均匀，各向同性且不可压缩；（b）摩擦模型采用剪切摩擦模型；（c）忽略弹性变形和惯性力影响；（d）忽略模具之间间隙，简化为轴对称模型。（1）水平段以无芯棒旋锻轴段III中间部分某一水平段如图2-2所示，取微元体进行受力分析如图2-3所示。图2-2水平段结构2-3微元体受力分析σz为轴向应力，单位：MPa；σr为径向应力，单位：MPa；pn为模具锻压面法向压强，单位：MPa；σs为材料屈服强度，单位：MPa；Δl为分析段长度，单位：mm；D为水平段外径，单位：mm；d为水平段内径，单位：mm；αi为第i组模具接触圆弧所对应的圆弧半角，单位：°；τf为切向应力，单位：MPa，切向应力表达式如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]身管线膛精密径向锻造的锻透性分析[J]. 张雪,樊黎霞,张鹤词. 兵工学报. 2019(03)
[2]某汽车旋锻轴毛坯尺寸要求研究[J]. 李栋材,卢曦,孙子莹,舒文涛,刘晓辉. 塑性工程学报. 2019(01)
[3]医用镍钛形状记忆合金管材旋锻的有限元模拟[J]. 刘汉源,麻西群,苏连朋,程军,何卫敏,王云. 机械制造. 2018(01)
[4]铜/钛双金属复合管的热旋锻制备及其界面组织性能[J]. 刘新华,邹文江,付华栋,刘雪峰,谢建新. 稀有金属. 2017(04)
[5]身管弹膛精锻成形几何分析和成形条件研究[J]. 黄雷,樊黎霞. 精密成形工程. 2016(01)
[6]圆弧砧结构尺寸对列车车轴成形质量影响[J]. 杜诗文,孙瑞环,李永堂. 塑性工程学报. 2015(06)
[7]高扭转刚度汽车传动轴设计研究[J]. 朱卓选. 上海汽车. 2015(05)
[8]无芯棒式旋锻工艺参数对传动轴表面质量的影响[J]. 秦文瑜,卢曦,高文贵,龚政. 塑性工程学报. 2014(06)
[9]Mg和Cu在Al-Zn-Mg合金时效初期的Monte Carlo模拟[J]. 林柳秋,荣莉,王为,聂祚仁. 中国有色金属学报. 2012(02)
[10]钼金属径向精锻工艺的数值模拟[J]. 王玉凤,李付国,谢汉芳,刘趁意,付静波. 稀有金属材料与工程. 2009(12)
博士论文
[1]身管径向锻造工艺及锻后身管性能研究[D]. 刘力力.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]压下率与送进率对径向锻造锻件质量影响的研究[D]. 余琼.上海交通大学 2015
[2]身管径向锻造过程解析分析与数值模拟[D]. 王志刚.南京理工大学 2011
本文编号：3620902
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