非调质钢38MnVTi转向节热锻成形数值模拟及工艺优化

摘要

转向节是汽车底盘上的关键零件，形状较复杂。它既支撑车体重量，又传递转向力矩并承受前轮刹车制动力矩，因此对其机械性能和形状结构要求非常严格，制造难度大。因此，如何采用高效、节能的方法生产出优质的轿车转向节零件，成为生产中亟待解决的问题。　　本文根据热锻成形理论,以汽车转向节为研究对象,提出非调质钢38MnVTi转向节零件的两种成形工艺。利用UG8.0和DEFORM-3D有限元模拟软件,对制坯、预锻和终锻工序建立了三维热力耦合有限元模型，并进行了有限元模拟分析。得到了成形过程中金属的流动规律，应力、应变、速度、温度场、损伤和最大主应力的分布情况以及行程——载荷曲线。通过分析发现，经过拔长—镦粗—预成型—终成型的工艺方案得到的产品具有优良的力学性能。　　本文对上述工艺进行了物理实验研究。通过高温压缩实验、硬度试验、摩擦磨损试验和电化学腐蚀试验，分析了非调质钢38MnVTi的机械性能受变形温度、应变速率和应变量的影响，验证了数值模拟结果的正确性和该工艺的成形可行性,为转向节生产工艺的制定提供了借鉴。

目录

声明

1 绪论

1.1 前言

1.2 国内外汽车转向节的研究现况

1.2.1 国内外转向节锻造工艺研究现状

1.2.2 国内外相关文献综述

1.3 热锻成形中有限元模拟技术的应用

1.4 课题来源及研究对象、目的意义

1.4.1 课题来源

1.4.2 研究对象

1.4.3 研究目的、意义

1.4.4 研究内容

2 刚（粘）塑性有限元法理论基础

2.1 引言

2.2 刚（粘）塑性有限元法的基本方程

2.2.1 刚（粘）塑性有限元法的基本假设

2.2.2 塑性力学基本方程

2.3 刚（粘）塑性变分原理

2.4 刚粘塑性有限元求解过程

2.5 DEFORM-3D有限元模拟系统

2.6 小结

3 汽车转向节成形工艺分析与模具设计

3.1 引言

3.2 零件分析

3.2.1 零件的结构分析

3.2.2 零件材料的特性分析

3.2.3 锻件的加工要求

3.2.4 工艺方案确定

3.3 锻件设计

3.3.1 选择分模面

3.3.2 确定模锻件加工余量及公差

3.3.3 计算锻件基本数据

3.4 锤上模锻工艺设计

3.4.1 确定锻锤吨位

3.4.2 选择飞边槽

3.4.3 计算毛坯

3.4.4 确定坯料的尺寸

3.4.5 选择制坯工步

3.5 锻件前加热

3.5.1 确定加热方式及锻造温度范围

3.5.2 确定加热时间

3.5.3 确定冷却方式

3.6 锤用锻模的设计

3.6.1 预锻和终锻槽的设计

3.6.2 拔长型槽的确定

3.6.3 滚挤型槽的计算

3.6.4 模块的选择

3.6.5 检验角的计算

3.6.6 燕尾槽的选择

3.7 模具材料及热处理

3.8 本章小结

4 实验研究

4.1 引言

4.2 高温压缩实验

4.2.1 试验材料及方法

4.2.2 热压缩试验结果及分析

4.2.3 金相试验结果

4.3 硬度测试

4.4 摩擦磨损实验

4.5 电化学腐蚀实验

4.6 小结

5 汽车转向节模锻成形工艺有限元模拟

5.1 引言

5.2 DEFORM-3D数值模拟前处理

5.2.1 几何建模和模型导入

5.2.2 网格划分与重划分

5.2.3 接触问题与边界条件的定义

5.2.4 生成各个模具及坯料之间的摩擦因子

5.3 制坯过程有限元模拟

5.3.1 拔长

5.3.2 镦粗

5.4 先预成型再终成型数值模拟

5.4.1 预锻过程有限元模拟

5.4.2 终锻过程有限元模拟

5.5 两种成型工艺的对比

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 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