异形齿盘毂热冷复合成形工艺数值模拟与试验研究

• 作 者: 杨建兵
• 机 构: 重庆大学
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 异形齿盘毂 热冷复合成形 冷精整 数值模拟 响应面

离合器位于发动机与变速箱之间,是汽车动力输出的开关。整个离合器由多个零部件配合组成,很多零件都可以采用精密成形工艺进行加工。异形齿盘毂是轻型卡车和皮卡车离合器中一种常用零件,外形结构复杂,外部齿形法兰尺寸精度要求高,工作时传递大扭矩要求它具备出色的机械使用性能。此前,异形齿盘毂的齿形采用线切割加工成形,该工艺生产效率很低,生产成本高,不利于产品的批量生产。因此,本文以某型带有异形齿法兰的离合器盘毂作为研究对象,以温/热-冷复合成形工艺为设计思路首次提出盘毂热锻成形+冷精整成形的生产工艺,并结合有限元分析和工艺试验,对异形齿盘毂热冷复合成形工艺的进行分析,论文主要研究内容如下:①根据异形齿盘毂结构特点,确定异形齿法兰是该产品成形的难点。通过对比此前异形齿盘毂几种不同生产工艺的优缺点,首次提出盘毂热冷复合成形工艺,并设计了热锻成形过程和冷精整成形过程的锻件图。②针对异形齿盘毂热锻成形工艺,借助正交试验设计和DEFORM-3D软件,对影响盘毂热锻成形的五个因素(坯料始锻温度、连皮厚度、下盲孔高度、凸模运动速度和润滑系数)进行模拟分析。以成形载荷、锻件损伤和模具磨损为评价指标,获得了五个因素对盘毂预锻成形质量的影响程度以及各因素对三个评价指标的影响显著性,分析并确定了最佳工艺参数组合,并详细分析了最优工艺参数组合下热锻成形的速度场、应力应变场、成形载荷和充填情况等。③根据此前进行的冷精整工艺试验建立有限元分析模型,确定了影响精整效果的因素主要包括精整凹模入模角、精整余量、挤压速度和润滑系数,结合响应面法和数值模拟进行对这些工艺参数进行多目标协同优化,并根据得到的参数组合进行实验验证。④根据数值模拟结果进行工艺试验,实验结果表明冷精整成形后盘毂表面质量得到了显著改善,无需额外的机械加工修正尺寸精度和形状精度即可满足要求,证明了盘毂热冷复合成形工艺是正确可行的。新工艺成功解决了盘毂齿形精整后无需机械加工的难题,大大缩短了单个产品的生产周期,最大程度上降低了生产成本。目前新工艺制造的盘毂已经正式向某汽车生产商供货,同时该工艺也为其它同类产品的工艺开发提供参考。