轎車等速萬向節(jié)星型套模具設(shè)計(jì)及優(yōu)化

1、轎車等速萬向節(jié)星型套模具設(shè)計(jì)及優(yōu)化劉凡1,張爽1,陳榮21.武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,武漢(4300702.森威集團(tuán)技術(shù)部,江蘇鹽城(224700E-mail:liufan851024摘要:星形套是轎車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要零件之一,其機(jī)械性能和外形結(jié)構(gòu)要求非常嚴(yán)格,制造難度很大。由于星形套具有獨(dú)特的性能,現(xiàn)在越來越受到市場的青睞。如何采用高效、經(jīng)濟(jì)的方法生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的星形套零件,已成為生產(chǎn)中急需解決的問題。本文主要是對(duì)萬向節(jié)星行套的終鍛模具進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì),以減少鍛件的飛邊和折疊現(xiàn)象。關(guān)鍵詞:星形套;終鍛模具;優(yōu)化;飛邊;折疊1.引言在汽車傳動(dòng)系及其它系統(tǒng)中,為了實(shí)現(xiàn)一些軸線相交或相對(duì)位置經(jīng)常變

2、化的轉(zhuǎn)軸之間的動(dòng)力傳遞,必須采用萬向傳動(dòng)裝置。而萬向傳動(dòng)裝置,是由萬向節(jié)與傳動(dòng)軸組合。星形套是轎車傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)重要的精密零件,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,尺寸要求精度高。因此其模具應(yīng)該具有很高的精度和好的設(shè)計(jì)【1】【2】【3】【4】。2.模具設(shè)計(jì)某廠在生產(chǎn)星型套時(shí)原來采用上下芯軸相對(duì)凹模作雙向同步運(yùn)動(dòng)方法成形,這種方法需要在專用的多動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行,所用的模具設(shè)為A?，F(xiàn)重新設(shè)計(jì)出一套模具B,它的成型方法是芯軸和凹模同時(shí)相對(duì)下芯軸作同步運(yùn)動(dòng)。模具A和模具B如圖1、圖2所示: 圖1終鍛模具A 圖2 終鍛模具B3.模具分析3.1結(jié)構(gòu)上分析比較兩模具終鍛模具A與終鍛模具B主要不同之處是上沖頭的徑向截面以及上凹模的芯

3、軸孔截面形狀不同。終鍛模具A的上沖頭的徑向截面和芯軸橫截面形狀是圓形,而終鍛模具B的上沖頭的徑向截面芯軸橫截面形狀是星形。如圖3所示。 圖3終鍛模具上凹模芯軸截面A型結(jié)構(gòu)模具所需要的原始坯料長度高,半徑小這使得在成型過程中容易出現(xiàn)折疊現(xiàn)象。而改進(jìn)后的B型結(jié)構(gòu)模具所需要的坯料長度低,半徑大在成型過程中不容易折疊。3.2有限元分析比較兩模具3.2.2成形效果比較通過對(duì)比一組數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬對(duì)鍛件大端直徑D、高H、球道直徑這三個(gè)體積影響因子的大致范圍的確定,借鑒正交試驗(yàn)原理,對(duì)每一個(gè)參數(shù)有目的進(jìn)行排列組合,針對(duì)終鍛模具A與終鍛模具B,分別設(shè)計(jì)一系列的反擠預(yù)成形件。通過DEFORM軟件對(duì)每一個(gè)鍛件的成形過

4、程進(jìn)行有限元模擬,得其相應(yīng)的成形效果。如表1、表2所示。由于三個(gè)體積控制參數(shù)對(duì)體積影響的顯著性不同,所以在設(shè)計(jì)鍛件參數(shù)時(shí),要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。其中,鍛件的球道直徑的改變對(duì)體積大小的影響較鍛件大端直徑D、高H要小,所以在鍛件尺寸設(shè)計(jì)時(shí),把的調(diào)整次數(shù)減小,而D的調(diào)整次數(shù)增加。由于控制體積一定,當(dāng)球道直徑給定,每次調(diào)整一個(gè)大端直徑D時(shí),其就有相應(yīng)的鍛件高度H,且是唯一確定的。表1 終鍛模具A的各種參數(shù)的成形情況 表2終鍛模具B的各種參數(shù)的成形情況 由表1和表2可以看出,對(duì)于終鍛模具B,由于提前考慮到了與鍛件橫截面與上凹模芯軸孔徑的關(guān)系,其鍛件大端直徑D都小于54mm,上下凹模具可以順利合模,所以終鍛件不存

5、在有飛邊的問題。而經(jīng)終鍛模具A成型的鍛件則可能出現(xiàn)飛邊問題。從這方面可以看出終鍛模具B比終鍛模具A更適合星形套的鍛造。3.2.3速度場分布比較 圖4 終鍛模具A中鍛件成形速度場分布圖 圖5 終鍛模具B中鍛件成形速度場分布圖由于終鍛模具A采用復(fù)動(dòng)成形技術(shù),上凹模和上沖頭分別運(yùn)動(dòng)進(jìn)行鍛壓,可以看出在終端模具A中的鍛件金屬變形量太大,這樣會(huì)降低金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的性能,而終鍛模具B 中金屬變形量較小,相對(duì)于模具A,終鍛模具B結(jié)構(gòu)更適合精密金屬零件的鍛造,可以保證其內(nèi)部金屬組織性能。3.2.4溫度場分布比較 圖6 終鍛模具A中鍛件不同時(shí)刻的溫度變化 圖7 終鍛模具B中鍛件不同時(shí)刻的溫度變化由溫度場可以看

6、出,在擠壓過程中,鍛件的最高溫度呈現(xiàn)上升趨勢,最低溫度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。這是因?yàn)閿D壓過程中,摩擦力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使鍛件的邊界溫度有所升高,在毛坯內(nèi)部的擠壓能來不及釋放也轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使毛坯內(nèi)部溫度較高。很明顯,模具A 成形預(yù)斷件時(shí),金屬溫度變形溫度升高迅速,且鍛件溫度最大值要比模具B成形鍛件的溫度要高很多。所以模具B成形鍛件較A更加合理。中國科技論文在線 4.結(jié)論 1. 本文利用三維造型軟件 PRO/E，采用正交試驗(yàn)原理，針對(duì)多個(gè)體積控制因子設(shè)計(jì)的 一系列預(yù)成形件尺寸，建立模型；并設(shè)計(jì)了兩套星形套終成形模具。利用 DEFORM-3D 進(jìn) 行有限元數(shù)字模擬， 分別針對(duì)兩套終鍛模具對(duì)多個(gè)預(yù)成

7、形件多次模擬； 通過模擬結(jié)果可以看 出模具 A 對(duì)預(yù)鍛件進(jìn)行鍛造時(shí)，容易出現(xiàn)飛邊現(xiàn)象。而模具 A、B 都會(huì)出現(xiàn)折疊現(xiàn)象，出 現(xiàn)折疊現(xiàn)象主要是由鍛件的體積因子 D 和有關(guān)。 2.根據(jù)星形套終鍛成形的不同模具設(shè)計(jì)方案，對(duì)星形套成形情況、速度場分布和溫度場 分布最終確定采用終鍛模具 B。 3.模具 A 經(jīng)過優(yōu)化后，生產(chǎn)的星形套質(zhì)量得到了高，滿足生產(chǎn)的使用條件。 參考文獻(xiàn) 1 2 3 4 張艷娥. 直齒錐齒輪精密鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)方法研究. 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 徐榮珍. 反擠壓凹模內(nèi)壓力的有限元模擬及組合凹模優(yōu)化. 合肥工業(yè)大學(xué) 2003.3 程萬軍,趙立輝，黃良駒. 星形套閉塞冷鍛工藝及模具設(shè)計(jì).

8、 模具工業(yè).2003.No.3 總 265 魏志剛.星形套冷擠壓成形有限元法研究及模具優(yōu)化與疲勞分析.東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 Optimize and design the mold of on the Starlike inner race of constant velocity cardan Lun Fan1, Zhang Shuang1, Cheng Rong2 1. School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan (430070 2. Technology Sector

9、 of Sheng Wei Company, Jiangsu Yancheng (224700 Abstract Starlike Inner Race is one of the most important parts in car Transmission System .Its mechanical properties and the shape of the structure is so strict requirements that it is very hard to manufacture. Due to unique performance of Enclosed-die Cold Forging of the Starlike Race ,now it is more and more popular. It is urgent need to solve the problem of how to produce it efficiently and economically. This paper is mainly to design the mold of th