傳動(dòng)軸精拔數(shù)值模擬及模具優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、傳動(dòng)軸廣泛用作各種汽車、機(jī)械和家電行業(yè)的軸類零件，當(dāng)其精度高于IT6時(shí)，通常采用車削-磨削的加工方法，不但設(shè)備投資大、生產(chǎn)效率較低，而且不便于綠色制造；而冷拔傳動(dòng)軸的傳統(tǒng)工藝方法，尺寸精度低、成品穩(wěn)定性差，不能滿足高精度傳動(dòng)軸的質(zhì)量要求。傳動(dòng)軸精拔技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)冷拔工藝進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)并進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。本課題在已優(yōu)化的酸洗-磷化-皂化的預(yù)處理工藝條件下，通過對(duì)穩(wěn)態(tài)拉拔過程有限元模擬仿真，研究模具關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)、拉拔工藝及預(yù)應(yīng)力對(duì)冷拔成形的影響，

2、并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)精拔技術(shù)要求，使得冷拔加工的傳動(dòng)軸能直接裝配軸承使用。
　　本文主要從影響拉拔過程的因素、拉拔力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、模具優(yōu)化設(shè)計(jì)及預(yù)應(yīng)力模具設(shè)計(jì)四個(gè)方面來進(jìn)行研究的。首先利用ANSYS Workbench有限元分析軟件對(duì)傳動(dòng)軸穩(wěn)態(tài)冷拔過程進(jìn)行了模擬仿真，通過單因素變量法依次分析了摩擦系數(shù)、工作錐角、定徑帶長(zhǎng)度、道次加工量及拉拔速度對(duì)冷拔成形的影響，為模具結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：拉拔力與摩擦系數(shù)近

3、似成線性關(guān)系,摩擦系數(shù)對(duì)成形過程中的徑向、軸向及周向應(yīng)力影響不大；工作錐角一般選取2α=8°~12°，能使拉拔力獲得較小值；定徑帶長(zhǎng)度Ld越長(zhǎng)拉拔力越大，定徑帶長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)或過短；隨著道次變形量的增加拉拔力逐漸增大，可用雙遞減法對(duì)拉拔道次進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于大規(guī)格傳動(dòng)軸精拔速度最好在8~10m/min之間。
　　拉拔力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證部分，通過設(shè)計(jì)模具固定裝置進(jìn)行了拉拔力測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并對(duì)比分析了仿真模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異性：在拉拔力、成形直徑方

4、面，仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差均在3％以下，而利用拉拔力經(jīng)驗(yàn)公式的相對(duì)誤差20%以上；仿真模擬成形棒料尾部邊線出現(xiàn)了向內(nèi)凹的弧線與實(shí)際拉拔成形產(chǎn)品后端面出現(xiàn)的“凹坑”現(xiàn)象相吻合。
　　其次，利用正交試驗(yàn)法對(duì)模具結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：結(jié)合多目標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)數(shù)學(xué)模型，通過正交實(shí)驗(yàn)法研究模具結(jié)構(gòu)參數(shù)（工作錐半角α、過渡圓弧半徑R、定徑帶長(zhǎng)度 Ld）對(duì)傳動(dòng)軸冷拔成形的影響，模擬分析得到最小拉拔力、最小徑向壓應(yīng)力及最小等效殘余應(yīng)力條件下較佳模

5、具參數(shù)組合為：α=5°、R=5mm、Ld=4mm。在此基礎(chǔ)上對(duì)優(yōu)化方案和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了模擬比較分析，結(jié)果表明優(yōu)化的模具結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的方案更好，有利于提高冷拔制品質(zhì)量，延長(zhǎng)模具壽命。
　　最后，對(duì)預(yù)應(yīng)力模具設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。通過穩(wěn)態(tài)冷拔過程力學(xué)模型分析，得出拉拔力的變化量□P與預(yù)應(yīng)力Fn之間成線性關(guān)系，即□P=K□Fn，比例系數(shù)K=sin(α+β)cosx/cosβ（前提模具工作錐半角?、摩擦角?均為常量），這為有限元分析2D模型時(shí)