山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告表班級(jí)：成型051姓名：胡彬浩指導(dǎo)教師：任國(guó)成論文題目汽車轉(zhuǎn)向節(jié)十字軸的預(yù)鍛成形及模具改進(jìn)一、選題背景和意義隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，生活水平提高，在滿足需求的基礎(chǔ)上，人們對(duì)產(chǎn)品的性能提出了越來(lái)越多的要求，十字軸是汽車上轉(zhuǎn)向節(jié)必備的零件之一，在傳動(dòng)系統(tǒng)中，承載較大，在結(jié)構(gòu)上不可避免的存在應(yīng)力集中，而軸頭尺寸又受到限制，因而對(duì)加工制造的工藝要求比較高，基本都是專業(yè)化生產(chǎn)。這樣，在生產(chǎn)企業(yè)中，需要面對(duì)客戶所提出來(lái)的各種外形相似，尺寸有所區(qū)別的零件。近年來(lái)，私家車的快速發(fā)展，對(duì)高速發(fā)展的汽車行業(yè)提出了更多的個(gè)性化要求，刺激了更多汽車型號(hào)的開(kāi)發(fā)，也帶動(dòng)了汽車配件的快速發(fā)展，有很多配件都具有某些相似的特征，比如十字軸是汽車配件中應(yīng)用廣泛的一類零件.DEFORM-3D是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng),專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屬成形過(guò)程中的三維流動(dòng),提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù),及有關(guān)成形過(guò)程中的材料和溫度流動(dòng).典型的DEFORM-3D應(yīng)用包括鍛造,擠壓,鐓頭,扎制,自由鍛,彎曲和其他成形加工手段。DEFORM-3D是模擬3D材料流動(dòng)的理想工具。它不僅魯棒性好，而且易于使用。DEFORM-3D強(qiáng)大的模擬引擎能夠分析金屬成形過(guò)程中多個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象耦合作用的大變形和熱特性。系統(tǒng)中集成了在任何必要時(shí)能夠自行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。DEFORM-3D圖形界面即強(qiáng)大又靈活，為用戶準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果提供了有效工具。DEFORM-3D還提供了3D幾何操作糾正工具，這對(duì)3D過(guò)程模擬極為重要。在最近的國(guó)際范圍復(fù)雜零件成形模擬招標(biāo)演算中，DEFORM-3D的計(jì)算精度和結(jié)果可靠性，被國(guó)際成形模擬鄰域公認(rèn)為第一。相當(dāng)復(fù)雜的工業(yè)零件，如連桿，曲軸，扳手，具有復(fù)雜筋翼的結(jié)構(gòu)零件，泵殼和閥體，DEFORM-3D都能夠令人滿意地例行完成。二、課題關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn)十字軸類零件屬于軸對(duì)稱件，鍛壓過(guò)程中，金屬向下充填胴部，同時(shí)向四個(gè)軸向伸展，填充軸向空間，在此過(guò)程中軸向金屬流動(dòng)較為困難，同時(shí)，在胴部,又很容易形成飛邊。預(yù)鍛飛邊的出現(xiàn)，不僅浪費(fèi)了材料，還造成終鍛所需打擊力的提高。十字軸類零件在鍛造成形過(guò)程中，坯料在空氣錘的打擊下，發(fā)生變形，向故部和軸部流動(dòng)；預(yù)模腔內(nèi)壁存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而存在摩擦力，摩擦力的存在阻礙金屬的流動(dòng)，但由于坯料受到的豎直方向的力，足以抵抗摩擦力，因而，坯料首先充填艦部，然后再充填軸部。在充填模膛過(guò)程中，如果型腔的造型不合理(比如存在比較大的軸肩差、不合適的圓角)，金屬的流動(dòng)就會(huì)受到抑制，最終不能很好的充填軸部型腔，而敵部的金屬，會(huì)以預(yù)鍛飛邊的形式流出。產(chǎn)生預(yù)鍛飛邊的另一個(gè)原因就是坯料尺寸過(guò)大，坯料尺寸可以取根據(jù)預(yù)鍛模膛和終鍛模膛體積計(jì)算出來(lái)的一個(gè)中間值，這里的取值是在一個(gè)范圍內(nèi)取值，當(dāng)取值較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生預(yù)鍛飛邊，模具不能打靠，加工精度也會(huì)受影響。在目前采用的工藝中，無(wú)論怎樣修改坯料的尺寸，都會(huì)產(chǎn)生預(yù)鍛飛邊，僅僅是飛邊的大小有所差異。這也是現(xiàn)在生產(chǎn)中所存在的問(wèn)題。模擬過(guò)程需要做的工作有:導(dǎo)入坯料和模具模型并定位、設(shè)置坯料材料、溫度、劃分網(wǎng)格、設(shè)置體積補(bǔ)償、定義模具運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(或定義所用設(shè)備性能)、設(shè)置接觸點(diǎn)的摩擦、潤(rùn)滑條件、步長(zhǎng)、運(yùn)行長(zhǎng)度等。參數(shù)的設(shè)置要確保模擬環(huán)境盡量符合實(shí)際工作條件，因?yàn)檫@里的參數(shù)設(shè)置對(duì)后續(xù)的模擬過(guò)程的計(jì)算起決定性作用。1網(wǎng)格劃分劃分網(wǎng)格是Deform一3D計(jì)算的基礎(chǔ)，合理的網(wǎng)格劃分會(huì)直接影響計(jì)算的確性，對(duì)現(xiàn)實(shí)結(jié)果的逼近程度以及計(jì)算時(shí)間和生成數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模。2溫度參數(shù)溫度參數(shù)是模擬過(guò)程另一個(gè)重要的參照量，材料的性能，如流動(dòng)應(yīng)力被定義溫度的函數(shù)。在變形過(guò)程中，溫度的高低直接影響金屬流動(dòng)的難易。3摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)是影響金屬流動(dòng)的另一個(gè)重要物理量，摩擦系數(shù)的大小，直接決定模腔對(duì)金屬流動(dòng)的阻礙程度。4步長(zhǎng)步長(zhǎng)f的選擇是影響計(jì)算精度、數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模和運(yùn)算時(shí)間的另一個(gè)參數(shù)。步長(zhǎng)越小，計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確，但是會(huì)造成運(yùn)算量成倍增加。5其它參數(shù)除上述的跟計(jì)算相關(guān)的參數(shù)之外，還有壓下量，保存次數(shù)的選擇，保存次數(shù)越多，數(shù)據(jù)庫(kù)越龐大，描述也就越具體。在十字軸類零件成形過(guò)程中，坯料的變形主要是塑性變形，彈性變形可以忽略不計(jì)，整個(gè)成形過(guò)程，近似于剛塑性變形過(guò)程，因此，可以以剛塑性模型來(lái)設(shè)置零件的參數(shù)。由于十字軸本身在運(yùn)動(dòng)中承受較大載荷，并且由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不可避免的存在一定的應(yīng)力集中,在十字軸的軸肩部位，所受到的轉(zhuǎn)矩比較大，應(yīng)力集中也比較明顯，因此，這個(gè)部位最容易發(fā)生機(jī)械損傷，這個(gè)部位也是我們?cè)诩庸み^(guò)程中需要特殊處理的地方。并且通過(guò)模擬將最大應(yīng)力產(chǎn)生在合適的位置同時(shí)有效的降低最大應(yīng)力值，防止十字軸斷裂。三、調(diào)研報(bào)告（或文獻(xiàn)綜述）從理論上講，十字軸類零件的加工方法主要有機(jī)加工、熱鍛、冷擠等。傳統(tǒng)的模鍛工藝采用下料、模鍛、切邊,其中模鍛又分為預(yù)鍛和終鍛兩個(gè)過(guò)程。工廠實(shí)際生產(chǎn)中,預(yù)鍛與終鍛大多采用相同的型腔。預(yù)鍛的目的就是實(shí)現(xiàn)坯料的預(yù)成形,為終鍛提供合理的坯料分配。但預(yù)鍛結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生飛邊,這些飛邊會(huì)導(dǎo)致終鍛工藝力增加,終鍛變形更困難。傳統(tǒng)工藝下的預(yù)鍛型腔外形并不合理。預(yù)鍛型腔的作用，就是實(shí)現(xiàn)坯料的預(yù)成形，為終鍛提供方便，因而，預(yù)鍛型腔的幾何形狀可以在一定程度上變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)鍛無(wú)飛邊、終鍛所需能量降低的目的。在傳統(tǒng)的加工工藝中，模具上有一個(gè)預(yù)鍛模膛，三個(gè)終鍛模膛，這樣雖然可以較好的提高模板利用率，但是存在壓力中心和鍛模中心不重合的問(wèn)題。模膛壓力中心和鍛模中心位置重合時(shí)，打擊力與金屬變形阻力在同一垂線上，不產(chǎn)生錯(cuò)移力，反之，就會(huì)產(chǎn)生偏心力矩，使上下模產(chǎn)生錯(cuò)移，造成鍛件在分模面上的錯(cuò)差，并增加設(shè)備磨損。模具設(shè)計(jì)：1熱鍛件圖根據(jù)鍛件圖,設(shè)計(jì)熱鍛件圖,對(duì)全長(zhǎng)、中幅熱收縮量按1.3%,外徑、鍔徑,胴厚因有打不靠趨勢(shì)按+0.2mm,股巾,中寬按原尺寸設(shè)計(jì),拔模斜度按7,十字軸分模面以軸徑的中間為分模面,俯視圖中上部為上模膛,下部為下模膛。十字軸有上、下不完全對(duì)稱的,較高部位難以充滿部位,應(yīng)在上模膛。2模膛設(shè)計(jì)提高表面質(zhì)量,采取預(yù)鍛終鍛工藝，根據(jù)要求決定立打、橫打。立打一模只能打1件（對(duì)鍛件流線有特別要求時(shí)）,或一些大型件使用,橫打可根據(jù)大、中、小件,決定一模打幾件,一般小件一模打34件,中型件一模打23件,大型件一模打12件。終鍛模制造完全按熱鍛件圖尺寸,預(yù)鍛模以熱鍛件圖為依據(jù),與熱鍛件圖比,采用大的圓角半徑,全長(zhǎng)短,股巾小,厚度大,中寬大,外徑:厚度方向大,寬度方向小。終鍛模槽四周開(kāi)飛邊槽,便于容納多余的金屬,增加金屬流出模膛的阻力,迫使金屬充滿模腔，模具材料使用5CrNiMo,熱處理,HRC4149,燕尾部HRC3540,為便于制作模具,根據(jù)熱鍛件圖設(shè)計(jì)樣板,通過(guò)樣板來(lái)決定型腔尺寸。四、方案論證利用切削加工方法加工十字軸類零件，生產(chǎn)工序多，效率低，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，并且切削加工不僅不能強(qiáng)化軸肩部位的強(qiáng)度還會(huì)破壞零件的金屬流線結(jié)構(gòu)，不易采用。冷擠壓加工生產(chǎn)十字軸類零件，尺寸精度高、力學(xué)性能好、生產(chǎn)工序少、材料利用率高、生產(chǎn)效率高。但由于冷變形所需要的設(shè)備噸位大，模具易磨損，對(duì)擠壓設(shè)備要求較高，與熱模鍛相比，模具設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑、工藝等都復(fù)雜的多，在我國(guó)目前的技術(shù)下，開(kāi)發(fā)這樣的結(jié)構(gòu)反而會(huì)提高產(chǎn)品的總體成本，并且不能充分利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備。采用熱模鍛方式加工SOREM系列等十字軸類零件，由于我們已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)費(fèi)用低，壽命長(zhǎng)，綜合考慮各種因素，用熱模鍛作為加工方式。分析了十字軸類零件成形過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)，通過(guò)有限元模擬技術(shù)對(duì)其成形過(guò)程進(jìn)行的模擬，選擇合適的坯料、預(yù)鍛型腔尺寸和型腔外形，實(shí)現(xiàn)了減小飛邊，提高材料利用率的目的，同時(shí)也提高了設(shè)備壽命，降低了能耗。五、進(jìn)度安排1-2周查閱有關(guān)資料，調(diào)研，寫開(kāi)題報(bào)