重型汽车空气悬架系统推力杆球头工艺优化

摘要

空气悬架系统可使重型汽车行驶时的振动大大减弱,提高驾驶的稳定性和舒适性,并对道路起保护作用。推力杆作为重型汽车空气悬架系统中导向机构上的一个重要部件,其作用是防止桥移位,传递汽车的纵向力和横向力,以及其它方向的力和力矩。
　　目前,国内重型汽车使用的推力杆常存在:与汽车连接螺丝松动、球头与杆体断裂、总杆寿命不长等问题,从而影响汽车行驶时的安全性与可靠性。因此需对推力杆的选材、结构和工艺等方面进行研究,以提高推力杆总体寿命。本文对推力杆球头的成形工艺进行研究,将球头成形工艺由铸造改为径向挤压成形,并对其进行优化,使金属组织细化,内部缺陷减少,球头综合性能提高,满足推力杆总成的需求,得到性能优异的推力杆,减少失效情况的发生。
　　本文首先介绍了国内外空气悬架系统的研究现状及目前存在的一些问题;其次针对推力杆球头在使用过程中存在的失效问题,分析了推力杆球头铸造成形工艺的缺点和问题;然后根据球头的结构特点,设计了球头径向挤压成形工艺,并通过有限元软件对其挤压成形过程数值模拟;最后采用物理仿真模拟实验对球头的成形过程进行模拟。具体内容如下:
　　(1)对推力杆球头铸造工艺进行分析讨论。分析球头铸造工艺流程,并从目前推力杆失效形式上来讨论球头铸造工艺的优缺点,论证推力杆球头改为挤压成形工艺的必要性。
　　(2)对推力杆球头径向挤压工艺进行研究。结合球头结构特点,从材料、毛坯形状、挤压温度、挤压速度、润滑等工艺角度制定合理的径向挤压工艺方案和工艺参数。
　　(3)对推力杆球头径向挤压成形过程进行有限元分析。通过Pro/e三维制图软件造型,利用 Simufact.forming有限元软件对球头挤压成形过程进行数值模拟,分析挤压过程中金属流动特点、等效应力应变分布、损伤分布、温度场分布及变形载荷等影响因素的变化规律。
　　(4)对推力杆球头挤压工艺优化并进行有限元分析。针对球头在有限元分析中出现的问题进行工艺优化,通过改变坯料端面角度及凸凹模间隙尺寸等,分析不同参数对载荷、等效应力分布、损伤分布的影响,确定最佳优化方案。
　　(5)模具设计。结合推力杆球头挤压工艺方案和有限元数值模拟结果,设计球头径向挤压模具。
　　(6)对推力杆球头进行物理模拟实验。采用铅试样模拟球头径向挤压成形工艺,验证球头成形过程中的金属流动情况和成形效果与模拟结果是否吻合。
　　通过一系列的工艺设计、有限元分析及实验,得到了推力杆球头径向挤压工艺的最佳方案,为推力杆球头新成形工艺的应用及推广奠定了基础。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 空气悬架系统及推力杆国内外研究现状

1.3推力杆特点及球头工艺优化必要性

1.4 本文主要研究内容

2 推力杆球头径向挤压成形工艺方案设计

2.1 引言

2.2 推力杆球头径向挤压成形工艺方案

2.3 推力杆球头径向挤压成形工艺参数

2.4 本章小结

3 推力杆球头径向挤压成形工艺有限元分析

3.1 引言

3.2 刚塑性有限元基础

3.3 Simufact简介

3.4 推力杆球头有限元模型的建立

3.5 推力杆球头有限元模拟结果及分析

3.6 推力杆球头成形过程中出现的问题及优化方案

3.7 本章小结

4. 推力杆球头优化方案及数值模拟分析

4.1 引言

4.2 坯料优化

4.3 模具结构优化

4.4 本章小结

5. 推力杆球头径向挤压模具设计

5.1 引言

5.2 模具材料的选择

5.3 径向挤压模具设计

5.4 本章小结

6 推力杆球头径向挤压物理模拟实验

6.1 引言

6.2 实验方法

6.3 实验结果与分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢