汽車半軸楔橫軋多楔成形力能參數(shù)數(shù)值模擬與實驗

1、年月農(nóng)業(yè)機械學報第卷第期汽車半軸楔橫軋多楔成形力能參數(shù)數(shù)值模擬與實驗趙【摘要】靜魯力群胡正寰軋制力和軋制力矩是楔橫軋汽車半軸軋機設(shè)計中的重要參數(shù)，由于多楔成形半軸過程中主側(cè)楔的相互制約作用，軋制過程中力能參數(shù)變化復雜。采用二次開發(fā)的有限元命令流程序系統(tǒng)分析了工藝參數(shù)對多楔成形半軸時力能參數(shù)的影響規(guī)律；開發(fā)了力能參數(shù)的計算機數(shù)據(jù)采集及測試系統(tǒng)。在線測試了各工藝參數(shù)對力能參數(shù)的影響規(guī)律，測試結(jié)果與理論分析結(jié)果相符。關(guān)鍵詞：楔橫軋多楔工藝參數(shù)有限元法力能參數(shù)實驗中圖分類號：文獻標識碼：（，歷，），引言汽車半軸是在差速器與驅(qū)動輪之間傳遞動力的實心軸。目前，國內(nèi)外半軸成形的主要方法有鍛造成形法和楔橫軋單

2、楔成形法。鍛造工藝生產(chǎn)汽車半軸存在生產(chǎn)效率低、材料利用率低、投資大、成本高等缺點。楔橫軋單楔成形汽車半軸方法，雖然可以解決傳統(tǒng)鍛造方法生產(chǎn)存在的缺點。但對于汽車半軸這樣的長軸類零件，將使輥面長度大大增加，設(shè)備重量增加。如采用楔橫軋多楔軋制成形汽車半軸，收稿日期：國家自然科學基金資助項目（項目編號：、）將具有明顯節(jié)省軋輥輥面，減小設(shè)備重量，降低模具生產(chǎn)成本等優(yōu)點。采用楔橫軋多楔成形汽車半軸，需要設(shè)計多楔軋機，因此準確計算力能參數(shù)的大小對于設(shè)計軋機設(shè)備具有重要的意義，因為它是機座中主要零部件強度、剛度及電動機功率計算的主要依據(jù)之一。目前計算楔橫軋力能參數(shù)的方法基本上都是采用上限法和滑移線法。由于這

3、些方法計算過程復雜且作簡化較多，所以分析結(jié)果都是近似的，至今無統(tǒng)一理論可尋。本文在有限元軟件的基礎(chǔ)趙靜山東理工大學輕工與農(nóng)業(yè)工程學院副教授博士。淄博市魯力群山東理工大學交通與車輛工程學院工程師博士生（北京科技大學）胡正寰北京科技大學機械工程學院教授博士生導師中國工程院院士，北京市汽車美容類型（一）汽車/用品/配件/改裝/摩托汽車美容之車表護理：無水洗車、泡沫精無水洗車致洗車、全自動電腦洗車、中性環(huán)保蠟水精細洗車，底盤清洗，漆面圬漬處理、漆面飛漆處理、新車開蠟、氧化層去除、漆面封蠟、漆面劃痕處理、拋光翻新、金屬件增亮、輪胎增亮防滑、玻璃拋光、輪轂清潔處理、外飾條清洗、發(fā)動機外部美容、劃痕快速修復

4、、汽車漆表的瀝青、焦油的去處、頂蓬去污翻新處理、汽車玻璃防雨防霧處理汽車美容之內(nèi)飾翻新：頂棚清洗、車門襯板清洗、儀表盤清洗護理、桃木清洗、絲絨清洗、地毯除臭、塑料內(nèi)飾清洗護理、真皮座椅清洗、全車皮革養(yǎng)護、全車桑拿、空調(diào)風口清洗、座套坐墊清洗、行李箱清潔護理、全車吸塵處理汽車美容之高級美容：漆面封釉、漆面鍍膜、汽車桑拿、底盤裝甲、臭氧消毒、劃痕修復、專業(yè)真皮修護、現(xiàn)代汽車美容服務(wù)大體上可分為車身美容、內(nèi)部美容、漆面處理、汽車防護和汽車精品等幾部分。1.車身美容車身美容主要包括高壓洗車，除銹、去除瀝青、焦油等污物，上蠟增艷與鏡面處理，新車開蠟，鋼圈、輪胎、保險杠翻新與底盤防腐涂膠處理等項目。經(jīng)常洗

5、車可以清除車表塵土、酸雨、瀝青等污染物，防止漆面及其他車身部件受到腐蝕和損害。適時打蠟不但能給車身帶來光彩亮麗的效果，而且多功能的車蠟能夠無微不至地呵護愛車，可以防紫外線、防酸雨、抗高溫及防靜電。2.內(nèi)部美容內(nèi)部美容主要分為車內(nèi)美容、發(fā)動機美容、行李箱清潔等內(nèi)容。其中車內(nèi)美容包括儀表臺、頂棚、地毯、腳墊、座椅、座套、車門襯里的吸塵清潔保護，以及蒸汽殺菌、冷暖風口除臭、車內(nèi)空氣凈化等項目。發(fā)動機美容則包括發(fā)動機沖洗清潔、噴上光保護劑、做翻新處理、三濾清潔(指的是燃油濾清器、機油濾清器、空氣濾清器)等項目。3.漆面處理漆面處理服務(wù)項目可分為氧化膜處理、飛漆處理、酸雨處理、漆面劃痕處理、漆面破損處理

6、及整車噴漆。漆面處理不僅能使愛車永?！扒啻骸?。還能復原您不慎造成的劃痕及破損。更好地保護車身，使汽車保值。4.汽車防護汽車防護的項目包括貼防爆太陽膜、安裝防盜器、安裝靜電放電器、安裝汽車語音報警裝置等。汽車防護雖然對汽車的美觀不產(chǎn)生直接影響，但卻能很好地呵護愛車。5.汽車精品汽車精品是汽車美容的點睛之處，也是一種汽車生活文化的體現(xiàn)，它致力于把汽車營造成一個流動的生活空間，諸如車用香水、蠟撣、護目鏡、把套、坐墊等。汽車精品帶給人們的是一種貼身的關(guān)懷。一分功夫一分精彩。美麗的背后絕不僅僅是追逐時尚的沖動，更多的是對另一種物質(zhì)文化的把握。第期趙靜等：汽車半軸楔橫軋多楔成形力能參數(shù)數(shù)值模擬與實驗上進行

7、二次開發(fā)，對某一汽車半軸編制命令流程序和編輯文件，模擬楔橫軋多楔軋制汽車半軸的過程，并分析各工藝參數(shù)對力能參數(shù)的影響規(guī)律，為多楔汽車半軸軋機的設(shè)計提供理論依據(jù)。力能參數(shù)的理論計算楔橫軋多楔成形汽車半軸時，存在主楔和側(cè)楔之間的相互制約關(guān)系，所以其軋制過程中力能參數(shù)的變化也比較復雜。由于軟件只能求出軋件在、方向的力凡、，而不能直接得到軋制力矩的大小，因此，需要對軋輥和軋件進行受力分析，確定軋制力，然后求出軋制力矩。楔橫軋軋制過程軋輥和軋件的受力如圖所示，圖中為正壓力，廠為摩擦力，為正壓力與方向的夾角由此得到如下關(guān)系式（）（）西（）式中盧摩擦因數(shù)聯(lián)立式（）（），得（）所以，作用于軋輥上的軋制力矩為口

8、（）式中軋輥直徑將式（）代入式（），得（）由式（）可知，將通過有限元模擬得到的、值代入式（），即可計算出軋制力矩的大小。下軋輥圖楔橫軋軋輥受力圖計算參數(shù)的確定和有限元模型的建立計算參數(shù)的確定楔橫軋多楔軋制工藝參數(shù)展寬角、成形角口、斷面收縮率是楔橫軋模具設(shè)計中最重要、最基本的工藝設(shè)計參數(shù)。這個基本模具工藝參數(shù)和軋件直徑與力能參數(shù)之間存在著密切而復雜的關(guān)系，是影響楔橫軋多楔軋制力能參數(shù)的主要因素。因此，本文主要針對展寬角、成形角口、斷面收縮率妒以及軋件直徑對軋制力和軋制力矩的影響進行數(shù)值模擬和分析。為了獲得展寬角、成形角、斷面收縮率和軋件直徑個工藝參數(shù)對軋制力和軋制力矩的影響規(guī)律，采用在其他個工藝

9、參數(shù)不變的情況下。改變其中個工藝參數(shù)進行模擬。模擬分組進行，其計算參數(shù)如表所示，汽車半軸尺寸如圖所示。表模擬的計算參數(shù)圖某一輕型汽車半軸尺寸圖有限元模型的建立楔橫軋多楔成形汽車半軸時，既有徑向壓縮和軸向延伸，又存在橫向擴展，其邊界條件很復雜。在建立有限元分析模型時，只有充分考慮上述多種因素，才能得到成形過程比較真實的描述。為此作如下假設(shè)：軋輥視為剛體，采用剛性殼單元（）進行網(wǎng)格劃分。原因是軋輥的剛度大，彈性變形較小可忽略；軋件視為彈塑性體，采用節(jié)點三維實體單元（）進行網(wǎng)格劃分，因為軋件的成形屬連續(xù)局部大彈塑性變形過程；軋輥與軋件的接觸采用表面一表面接觸模型（），軋輥表面為目標面，軋件表面為接觸

10、面；接觸摩擦簡化為庫侖摩擦。軋制溫度為。軋輥與軋件的楔橫軋多楔有限元計算模型如圖所示。工藝參數(shù)對力能參數(shù)的影響規(guī)律斷面收縮率在口。，盧。時，軋制力和軋制力矩隨斷面收縮率的變化規(guī)律如圖所示。從圖可以看出，隨著斷面收縮率的增大，軋制力和軋制力矩均呈下降趨勢，當進入穩(wěn)定軋制階段，斷面收縮率為所需的軋制力和軋制力矩比斷面收縮率為時農(nóng)業(yè)機械學報約減少了。因為隨著斷面收縮率的增大，軋輥的壓下量增加，軸向流動增大，并且斷面收縮率愈大，金屬變形越接近軋件中心，金屬軸向流動容易，所以徑向力減小。但隨著斷面收縮率的增大，變形程度加大，軋制接觸面積顯著增加，橫向力增加。但總體上分析，隨著斷面收縮率的增加，橫向力增加

11、的數(shù)值（時橫向力，時橫向力。增加）遠不如徑向力減少的數(shù)。減少），所以隨著斷面收縮率圖楔橫軋多楔軋制汽車半軸有限元模型）值大（時徑向力，時徑向力增大，軋制力和軋制力矩均減小堇薹鯽們?nèi)缂榆堉茣r間（）軋制時間）圖斷面收縮率對力能參數(shù)的影響（）軋制力（）軋制力矩成形角在，盧。時，軋制過程中軋制力和軋制力矩隨不同。成形角的變化規(guī)律如圖所示。由圖可以看出。隨著成形角的增大，軋制力和軋制力矩均減少，成形角為。時，所需的軋制力和軋制力矩比成形角。時約減少。因為成形角增大，使軋件軋制區(qū)金屬的軸向流動量增加，金屬流動更加容易，金屬變形抗力減小，同時使軋制接觸面積減少。所以隨著成形角的增大，軋制力和軋制力矩均減小。

12、昌芒杰芒磊霹墩螳軋制時（）軋制時間（）圖成形角對力能參數(shù)的影響（）軋制力（）軋制力矩展寬角在，口。時，軋制過程中軋制力和軋制力矩隨展寬角的變化規(guī)律如圖所示。從圖可以看出，隨著展寬角的增大，軋制力和軋制力矩均增加。展寬角。時，所需軋制力和軋制力矩比。時約增加。因為展寬角增大使軋件變形區(qū)內(nèi)金屬的流動量增加，軸向壓縮量增大，變形程度加大，軋件的軸向延伸受到的阻力增加，惡化了應(yīng)力狀態(tài)，軸向拉應(yīng)力減??；另外，軋件沿徑向發(fā)生塑性變形的軸部接觸面積也隨展寬角的增大而增加，所以軋制力和軋制力矩均因展寬角的增大而增大。軋件直徑在，口。，盧時，軋制力和軋制力矩隨軋件直徑的變化規(guī)律如圖所示。從圖可以看出。隨著軋件直

13、徑的增大，軋制力和軋制力矩均增加，軋件直徑。時所需的軋制力和軋制力第期趙靜等：汽車半軸楔橫軋多楔成形力能參數(shù)數(shù)值模擬與實驗芒雜妥軋制時間，（）軋制時間，（）圖展寬角對力能參數(shù)的影響（）軋制力（）軋制力矩芒蘭岜釜霹鼎器）軋制時間，（）軋制時間（）圖軋件直徑對力能參數(shù)的影響（）軋制力（）軋制力矩矩比時約提高了。因為隨著軋件尺寸的增大，軋制接觸面積顯著增大，而接觸面內(nèi)單位壓力變化遠小于接觸面積增大的變化，所以軋制力和軋制力矩均增大。定在軋機的聯(lián)軸器上，接收機和信號放大器相連接。軋制力由安裝在軋輥的個軸承座與個徑向調(diào)整螺絲上的壓力傳感器測得。壓力傳感器和扭矩儀測得的數(shù)據(jù)通過計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可直接輸入

14、到計算機中。由于論文篇幅有限。這里只給出斷面收縮率對軋制力和軋制力矩的影響測試結(jié)果。該工況的測試條件為：軋件材料號鋼，坯料直徑為，。成形角口。，展寬角。，軋件出爐溫度在力能參數(shù)的實驗測試實驗測試的目的是為了獲得工藝參數(shù)對力能參數(shù)的影響規(guī)律，測試在北京科技大學零件軋制中心的型楔橫軋機上進行，采用啟動軋制的方式軋制零件。本實驗中扭矩的測量采用美國左右。斷面收縮率、，公司生產(chǎn)的型號為種情況下，軋制力和軋制力矩測試結(jié)果如圖所示。由圖可知，楔入段軋制力矩急劇增大，楔入段結(jié)束時，軋制力矩達到最大值，展寬段比較穩(wěn)定且基本保扭矩儀進行測定。它采用無限自動測量的方法，由發(fā)射機，應(yīng)變測量儀和接收機組成。應(yīng)變測量儀

15、固枷瑚瑚啪瑚如?？缛畿堉茣r間，（）軋制時問，）圖斷面收縮率對力能參數(shù)影響的測試結(jié)果（）壓制力（）壓制力矩農(nóng)業(yè)機械學報芷持不變；隨著斷面收縮率的增大，軋制力和軋制力矩均減小。力能參數(shù)變化規(guī)律測試結(jié)果與有限元分析結(jié)果基本一致，由此進一步驗證了有限元分析結(jié)果的可靠性。數(shù)對力能參數(shù)的影響規(guī)律，力能參數(shù)隨展寬角和軋件尺寸的增大而增大，隨斷面收縮率和成形角的增大而減小。因此，設(shè)汁汽車半軸楔橫軋多楔軋機時，在工藝允許的條件下。首選最大展寬角、最小成形角、最大軋件尺寸來確定最大軋制力和軋制力矩。結(jié)束語獲得了汽車半軸楔橫軋多楔成形過程中工藝參參考文獻粟野泰吉，團野敦楔橫軋件的金屬流動楔橫軋譯文集吉林工業(yè)大學輥

16、鍛工藝研究所，：，￥】，：（）采里柯夫，斯米爾諾夫機器制造中的楔橫軋北京：機械工業(yè)出版社，白志斌，任光升，張承鑒楔橫軋變形載荷的計算吉林工業(yè)大學學報，：，儺，：（）胡正寰，張康生，王寶雨，等楔橫軋零件成形技術(shù)與模擬仿真北京：冶金工業(yè)出版社，邢希東，束學道，胡正寰多楔楔橫軋位移實時在線測試系統(tǒng)研制北京科技大學學報，（）：，（）：（）李國和，王敏杰，段春爭基于峪的金屬切削過程有限元模擬】農(nóng)業(yè)機械學報，（）：，（）：（）陳文琳，朱玉生，聶會星，等半軸套管熱擠壓成形工藝數(shù)值模擬】農(nóng)業(yè)機械學報，（）：。，（）：（）（上接第頁李衛(wèi)兵，陳劍。于飛，等柱面內(nèi)聲全息技術(shù)在聲源識別與定位中的應(yīng)用農(nóng)業(yè)機械學報，（）

17、：，。（）：（），（）：。：。，（）：陳曉東，陸益民，陳心昭，等平面聲全息技術(shù)中實空間格林函數(shù)性態(tài)的研究振動工程學報，（）：，。，（）：（）馬大猷現(xiàn)代聲學理論基礎(chǔ)北京：科學出版社，：，（）：費業(yè)泰誤差理論與數(shù)據(jù)處理北京：機械工業(yè)出版社，陸益民，陳曉東，劉正士，等全息測量系統(tǒng)誤差對聲場重構(gòu)精度影響的研究第屆全國振動與噪聲高技術(shù)及應(yīng)用會議論文集。北京，：汽車半軸楔橫軋多楔成形力能參數(shù)數(shù)值模擬與實驗作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數(shù)：趙靜， 魯力群， 胡正寰， Zhao Jing， Lu Liqun， Hu Zhenghuan趙靜,魯力群,Zhao Jing,Lu Liqun(

18、山東理工大學交通與車輛工程學院,255049,淄博市)，胡正寰,Hu Zhenghuan(北京科技大學機械工程學院,100083,北京市)農(nóng)業(yè)機械學報TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY FOR AGRICULTURAL MACHINERY2008，39(6)3次參考文獻(7條)1.粟野泰吉.團野敦 楔橫軋件的金屬流動 19822.采里柯夫.斯米爾諾夫 機器制造中的楔橫軋 19643.白志斌.任光升.張承鑒 楔橫軋變形載荷的計算 1989(03)4.胡正寰.張康生.王寶雨 楔橫軋零件成形技術(shù)與模擬仿真 20045.邢希東.束學道.胡正寰 多楔楔橫軋位移實時在線

19、測試系統(tǒng)研制期刊論文-北京科技大學學報 2004(05)6.李國和.王敏杰.段春爭 基于ANsYS/LS-DYNA的金屬切削過程有限元模擬期刊論文-農(nóng)業(yè)機械學報 2007(12)7.陳文琳.朱玉生.聶會星 半軸套管熱擠壓成形工藝數(shù)值模擬期刊論文-農(nóng)業(yè)機械學報 2007(11)相似文獻(9條)1.期刊論文 束學道.邢希東.胡正寰.Shu Xuedao.Xing Xidong.HU Zhenghuan 工藝參數(shù)對楔橫軋多楔軋制成形機理影響分析 -北京科技大學學報2005,27(2)針對楔橫軋多楔精密軋制長軸類零件中工藝參數(shù)的確定主要依靠經(jīng)驗、軋件缺陷頻繁發(fā)生的難題,采用自主開發(fā)的多楔命令流有限元程

20、序?qū)Χ嘈ㄜ堉七^程進行有限元數(shù)值模擬,從理論上較詳細分析成形角、展寬角和斷面收縮率三個主要工藝參數(shù)對軋件內(nèi)部等效應(yīng)力、應(yīng)變和軸向位移的影響,得到其相應(yīng)的變化規(guī)律,并對斷面收縮率對軸向位移的影響規(guī)律進行實驗驗證.2.期刊論文 束學道.邢希東.胡正寰 基于有限元法分析的楔橫軋多楔軋制力能參數(shù)規(guī)律 -重型機械2004(6)多楔軋工藝適合軋制長軸類汽車零件,但其軋制力能參數(shù)變化規(guī)律復雜,至今無統(tǒng)一理論可循.本文采用作者編制的楔橫軋多楔軋制命令流有限元程序,利用Ansys/Ls-Dyna有限元軟件LS950求解器模塊,對楔橫軋多楔軋制過程進行有限元數(shù)值模擬,實驗驗證其誤差在10%以下,在此基礎(chǔ)上分析各種工

21、藝參數(shù)對楔橫軋多楔軋制力的影響,闡明楔橫軋多楔軋制力的變化規(guī)律.研究結(jié)果對于軋制長軸類汽車零件軋機設(shè)計中合理確定軋制力、正確選擇軋制工藝參數(shù)及孔型設(shè)計具有重要現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值.3.期刊論文 束學道.邢希東.胡正寰 楔橫軋多楔軋制力變化規(guī)律試驗研究 -軋鋼2004,21(6)以單楔與雙楔楔橫軋為例,研制出軋制力在線測試系統(tǒng),能準確實時地測量出各種工藝參數(shù)下楔橫軋多楔軋制過程中軋制力的變化全貌;通過對實驗結(jié)果的分析,得出了楔橫軋多楔軋制力的變化規(guī)律.4.期刊論文 趙靜.束學道.胡正寰.ZHAO Jing.SHU Xuedao.HU Zhenghuan 工藝參數(shù)對多楔軋件接口質(zhì)量的影響規(guī)律 -機械

22、工程學報2008,44(11)楔橫軋多楔成形工藝是生產(chǎn)長軸類零件的先進方法,但生產(chǎn)過程中模具工藝參數(shù)對軋件接口質(zhì)量的影響比較復雜.根據(jù)楔橫軋多楔模具的工藝特點,建立多楔軋制長軸類零件的三維有限元模型.基于ANSYS/LS-DYNA有限元模擬軟件,在不同模具工藝參數(shù)下對多楔軋制過程進行了有限元模擬,得到模具工藝參數(shù)對軋件接口質(zhì)量的影響規(guī)律.在與模擬工藝參數(shù)相同的條件下進行軋制試驗,試驗結(jié)果和模擬結(jié)果一致.通過對理論模擬和軋制試驗獲得結(jié)果的分析,得到工藝參數(shù)中過渡角對軋件的接口質(zhì)量影響最大、展寬角對軋件接口質(zhì)量影響最小的結(jié)論.綜合考慮各工藝參數(shù)的影響,給出保證軋件接口質(zhì)量良好的過渡角選擇范圍.研究

23、結(jié)果為多楔成形長軸類零件的模具設(shè)計提供理論依據(jù)和參考.5.期刊論文 束學道.閆波.邢希東.胡正寰.SHU Xuedao.YAN Bo.XING Xidong.HU Zhenghuan 楔橫軋楔入段端面移動量規(guī)律 -機械工程學報2009,45(1)楔橫軋多楔軋制是內(nèi)楔和外楔同時對軋件進行徑向壓下、軸向延伸的塑性成形.隨著交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展,火車軸、汽車半軸等長軸類零件的需求量與日俱增,采用楔橫軋多楔工藝成形長軸類零件,具有顯著節(jié)省輥面、減小設(shè)備體積、生產(chǎn)效率高、節(jié)材、降低成本等優(yōu)點.為了充分發(fā)揮多楔顯著節(jié)省輥面的優(yōu)點,保持內(nèi)外楔同時起楔,就必須要準確弄清楔入段移動量的變化規(guī)律.采用彈塑性有限形

24、變有限元數(shù)值方法,根據(jù)實際工況模擬楔橫軋軋制過程,分析楔入段移動量的變化規(guī)律,詳細闡述各工藝參數(shù)對移動量的影響規(guī)律,并與試驗測試結(jié)果進行比較,得到楔入段端面移動量的變化和影響規(guī)律.研究結(jié)果為楔橫軋多楔同步軋制模具設(shè)計提供了重要的理論依據(jù),進一步完善了楔橫軋多楔軋制理論.6.期刊論文 邢希東.束學道.胡正寰 軸向移動量程序化計算及工藝參數(shù)對軸向移動量的影響 -重型機械2003(6) 本文在綜合楔橫軋軋制過程不同階段軸向移動量計算規(guī)律的基礎(chǔ)上,開發(fā)并編制出軸向移動量計算機源程序,并用該程序定量地分析了斷面收縮率、展寬角、成形角和軋件直徑工藝參數(shù)對其軸向移動量的影響規(guī)律,為楔橫軋多楔模具優(yōu)化設(shè)計與仿真提供高效的計算手段和重要的理論依據(jù).7.期刊論文 趙靜.束學道.胡正寰.ZHAO Jing.SHU Xue-dao.HU Zheng-huan 汽車半軸多楔楔橫軋成形應(yīng)力變化規(guī)律分析 -重型機械2005(6)本文根據(jù)楔橫軋多楔軋制特點,建立了楔橫軋多楔軋制半軸細桿部的三維有限元模型,編制了半軸細桿部多楔軋制過程進行有限元模