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钟形壳温-冷联合挤压的数值模拟及工艺优化
作者:亚美官网    发布日期:2020-01-07 20:44


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  摘要球笼式等速万向节广泛应用于轿车传动系统,它的关键承载部件钟形壳,重量大、形状复杂、精度要求高、锻造技术难度大。国内大都采用热锻成环状件后正火、机加工,锻件的六条沟道需铣削完成,能源和材料消耗较大,生产流程长,成本高,效率低,且产品机械性能差。我国此类复杂零件的冷温精锻工艺比较落后,因此研发钟形壳温-冷联合挤压的精锻成形技术,有助于我国汽车零件制造技术的提升。本文采用热模拟实验、数值模拟和工程实践相结合的方法,进行了钟形壳成形过程的数值模拟和工艺优化。研究内容分如下四部分:首先,对钟形壳材料进行热模拟实验,采用Arrhenius方程构建20CrMnTiH的流动应力方程,将本构模型嵌入模拟软件,以提高模拟精度。然后,根据钟形壳的形状特点,制定温冷联合挤压的初始工艺,温锻完成主要变形,冷锻获得最终精度,并对反挤的流动规律进行模拟。接着,针对初始工艺试验中出现壁厚差、充填不满等缺陷,通过模拟优化工艺,尝试材料分流和分区转移的新工艺,并分析了应变速率、变形温度和摩擦等工艺参数对成形力能参数的影响。最后,对新工艺进行了实验验证,分析了缩颈时组合式冲头的运动原理,同时为降低反挤载荷,进行了工艺调整和参数优化。研究表明:其一,拟定的多工序温挤压及冷精整与冷缩颈成形工艺,基本达到成形要求,为减少壁厚差需要三条件:镦粗饱满、压坑良好、增加凸凹模导向。其二,对于反挤同时成形球面内腔和台阶腔,由于流动不畅造成的充不满缺陷,可先温锻成形内球面,再冷整成形台阶面,分区成形,控制材料流动,使得锻件饱满。其三,反挤时用锥冲头的流动比平冲头更顺畅。整形时对于台阶面的凹陷,将凹模车沉孔作为储料腔,使部分材料正挤分流以减小凹陷。其四,综合考虑缩颈凹模的摩擦力和径向挤压力作用,用15°入模角时效果最好,另外带花瓣坯料可均化缩颈变形量。因此优化工艺:温反挤(锥冲头)—整形(凹模车D60孔)—缩颈(15°入模角)。其五,镦粗料上端面预置环形凸台,反向补偿口部塌陷;改用高速压力机,机械手送料,减少锻件温降,都可降低反挤载荷。最终以低消耗、低成本实现了优质锻件的批量生产。

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