变速箱中间轴楔横轧内部缺陷分析及工艺优化

摘要

楔横轧工艺是一种新型的轴类零件成形技术，具有生产效率高、成本低、产品精度高等优点。汽车变速箱中间轴的批量很大，从生产效率和节约材料上看，楔横轧是中间轴制坯工艺的首选先进方法。但是，轴类零件特别是像中间轴这样有相邻大盘径比的轴类零件，在轧制中常常出现的内部缺陷会降低轧件强度、破坏内部组织结构，导致零件失效报废。本文研究的某变速箱中间轴坯件在楔横轧成型过程中产生内部缺陷，借助有限元模拟研究分析内部缺陷，优化楔形模具工艺参数，以消除该轧件的内部缺陷。　　本文首先对某工厂生产的变速箱中间轴零件特点进行分析，细端部位处断面收缩率大，应进行二次轧制完成全部变形，指出了二次轧制时容易产生内部缺陷。　　应用楔横轧工艺在实际生产中发现在细端部位容易产生内部缺陷，根据生产工艺参数设计楔形模具并建立有限元模型。利用 DEFORM-3D模拟软件研究分析细端部位内部的第一主应力、等效应变等各场量的变化规律与内部缺陷形成的关系，确定了第一把成形楔楔入段的第一主应力作为内部缺陷的评判参考场量。　　对细端部位的第一把成形楔各个工艺参数（成形角、展宽角、断面收缩率）及轧制温度展开研究，通过改变单一工艺参数值进行对比实验获得该工艺参数与第一主应力的变化关系。得到了各工艺参数对内部缺陷的影响规律。　　根据各个工艺参数对内部缺陷的影响规律，利用正交优化实验改善轧件细端部位的内部成形质量。考虑工艺参数的交互影响，确定正交实验的各因素、水平及优化指标，通过正交实验方案得到相应实验结果。根据实验结果，利用最小二乘法建立优化指标与各工艺参数和轧制温度的拟合函数，利用拟合函数求解得到最优工艺参数组合。　　利用最优工艺参数组合设计细端部位第一把成形楔模具，建立有限元模型并利用DEFORM-3D进行模拟验证。将最优工艺参数组合的模拟结果结合工厂实际生产效果，验证本课题的研究成果可靠性、可行性。本文的成果具有工程应用价值，对于的楔横轧生产具直接指导作用。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 楔横轧技术简介

1.3 楔横轧技术的发展历程

1.4 楔横轧轧件缺陷研究现状

1.5 课题研究意义、主要内容

2 变速箱中间轴坯件细端部位内部缺陷场量分析

2.1 变速箱中间轴坯件工艺方案及模具设计

2.2 楔横轧的有限元数值模拟简介

2.3 变速箱中间轴坯件楔横轧有限元模型

2.4 变速箱中间轴坯件内部缺陷位置

2.5 细端部位内部缺陷与各场量关系

2.6 内部缺陷评判参考场量的选择

2.7 模拟尺寸与实际生产尺寸值对比

2.8 本章小结

3 工艺参数对变速箱中间轴内部缺陷的影响

3.1工艺参数模拟范围选择

3.2工艺参数对变速箱中间轴楔横轧细端部位第一主应力的影响

3.3本章小结

4 基于正交试验法的工艺参数优化

4.1正交实验设计

4.2优化求解分析

4.3最优工艺参数模拟验证

4.4本章小结

5 变速箱中间轴试轧实验

5.1变速箱中间轴成型工艺

5.2楔横轧模具加工

5.3楔横轧物理试轧过程

5.4楔横轧物理试轧结果

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1研究结论

6.2研究展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果