汽车前桥空心短轴热挤压成形工艺研究

摘要

汽车前桥空心短轴类零件工作时由于路况环境的不同而承受着复杂的交变应力，因此成形质量的好坏对于汽车的行驶安全起着重要的作用。针对空心短轴类零件热挤压成形中存在的工艺流程、工艺参数以及预成形坯设计不合理，易出现材料流动不均匀、成形力过大等问题，对汽车前桥空心短轴的热挤压成形工艺进行研究，对于提高我国汽车前桥短轴类零件热挤压技术水平，促进我国汽车零部件制造技术的发展等方面，都具有重要的理论和实际工程意义。
　　本文以某型汽车前桥空心短轴为研究对象，通过数值模拟和物理实验相结合的方法，主要针对热挤压成形方案的设计与选择、预成形形状的响应面法优化、热挤压模具的磨损分析和寿命优化、工件成形效果的物理实验验证等进行了研究。主要研究工作如下:
　　在分析空心短轴类零件生产工艺的基础上，提出了某一汽车前桥空心短轴零件的梯形过渡和锥形过渡两种成形方案。通过数值模拟对比研究了两种方案下的应力应变、温度场、速度场、载荷位移曲线等的变化规律，发现方案一是一种较为合理的工艺方案。研究了坯料加热温度、模具预热温度、挤压速度等对成形载荷的影响，提出了热挤压工艺参数的选择范围。
　　为了减小金属充填型腔时的阻力，使金属成形具有良好的流线型，从而具有优良的力学性能，对预成形形状进行了优化设计。以预成形坯的形状参数和连皮参数作为设计变量，进行了中心复合实验，得到了各变量对于预挤压力和终挤压力的响应面方程，优化获得了预成形形状和连皮参数的最优组合，达到了降低成形力，提高生产效率的目标。
　　考虑模具材料硬度与温度变化的相关性，模拟研究了模具预热温度、坯料加热温度、挤压速度、摩擦系数等对模具磨损量的影响规律，得到了各参数对表面硬度、磨损量影响的规律曲线，发现了成形过程中模具的易损部位，分析得到了降低模具磨损的最优工艺参数组合，同时提出了提高模具实际使用寿命的措施。
　　设计制造了预成形和终成形模具，利用金属铅进行了该汽车前桥空心短轴的物理实验，获得了成形饱满、质量良好的成形零件，验证了工艺方案的可行性。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 热挤压技术的工艺特点及其发展

1．2．1 热挤压的发展历史

1．2．2 热挤压的方式及工艺特点

1．2．3 热挤压模具材料的选择

1．2．4 热挤压中的润滑

1．3 空心短轴类零件的国内外研究现状

1．4 空心短轴类零件各成形工艺及存在的问题

1．5 选题意义及主要研究内容

第2章 某型汽车前桥空心短轴热挤压工艺的方案制定

2．1 引言

2．2 DEFORM求解的流程

2．3 工艺方案的制定

2．3．1 零件图的分析

2．3．2 锻件图的设计

2．3．3 锻件图的尺寸说明

2．3．4 预成形坯的设计

2．3．5 成形方案的设计

2．4 成形方案的模拟

2．4．1 方案一模拟结果分析

2．4．2 方案二模拟结果分析

2．4．3 两种方案的对比

2．5 热挤压工艺参数的优化

2．5．1 正交试验

2．5．2 参数选择

2．6 本章小结

第3章 基于响应面的预成形设计优化

3．1 引言

3．2 基于响应面的预成形形状设计

3．2．1 设计变量的选择和优化目标的确定

3．2．2 数值分析模型的建立

3．2．3 响应面模型的建立

3．3 响应曲面拟合与分析

3．3．1 响应面模型拟合

3．3．2 变异数分析

3．3．3 响应曲面分析

3．3．4 最优解分布

3．4 基于响应面的连皮优化设计

3．4．1 设计变量的选择和优化目标的确定

3．4．2 响应面模型的建立

3．4．3 响应面模型的拟合

3．4．4 变异数分析

3．4．5 响应曲面分新

3．5 优化结果的对比

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 热挤压过程中的磨损

4．2．1 热挤压模具的磨损类型

4．2．2 磨损的影响因素

4．3 热挤压模具磨损模型建立及DEFORM二次开发

4．3．1 磨损模型建立

4．3．2 DEFORM磨损子程序

4．4 热挤压模具磨损的数值模拟

4．4．1 热挤压成形分析有限元分析建模

4．4．2 坯料加热温度对模具磨损量的影响

4．4．3 模具预热温度对模具磨损量的影响

4．4．4 挤压速度对模具磨损量的影响

4．4．5 摩擦系数对模具磨损量的影响

4．5 提高热挤压模具寿命的措施

4．6 本章小结

5．1 引言

5．2 实验目的

5．3 实验准备

5．3．1 简易模具设计

5．3．2 简易模具的制造

5．4 物理模拟实验

5．4．1 预成形实验

5．4．2 终成形实验

5．5 实验结果分析

5．6 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢