花键轴动力增量式滚轧成形工艺数值分析

为了给花键轴在制造业中的庞大需求量提供有效的解决途径,分析了传统花键轴增量式滚轧成形工艺的特点,并利用DEFORM-3D软件和Johnson-Cook(J-C)材料模型建立了其对应的有限元模型.从数值模拟和理论分析了传统工艺中容易出现的分齿不均、乱齿及齿形材料折叠等工艺缺陷,进而提出一种花键轴动力增量式滚轧成形工艺,并验证了该改进工艺的可行性.研究表明,花键轴动力增量式滚轧工艺解决了传统工艺中容易出现的分齿不均、乱齿及齿形材料折叠等工艺缺陷,且成形的花键轴齿数准确,齿廓清晰、饱满.

花键轴增量式滚轧成形工艺的分流方式及温度效应研究

为了降低花键轴增量式滚轧成形工艺中工件初始直径对滚轧载荷和齿形填充质量的负面影响,根据分流锻造思想提出了一种齿顶分流方式,分析了温度效应对滚轧载荷和齿形填充质量的影响,并通过DEFORM-3D有限元软件对该分流方式进行了数值分析验证.研究结果表明:在校正滚轧阶段,齿顶分流方式的应用使得花键轴增量式滚轧成形工艺中滚轧载荷最大值平均下降了约60%,并降低了工件初始直径对花键轴齿形填充质量和齿距累计误差的影响.工件材料在400、800、1 000℃(相对室温20℃)时,温度效应使得最大滚轧载荷分别平均下降了约20%、67%、80%,并且明显提高了齿形处工件材料的填充质量.

花键轴增量式滚轧成形坯料直径计算及有限元分析

根据塑性成形体积不变原则,提出一种新型的花键轴增量式滚轧成形坯料直径的计算公式,该公式计算简单且相对误差小于0.1%。其主要思想为:初步计算单齿圆周角范围内的齿形面积,进一步根据分度圆半径与中线圆半径的比较结果进行补偿,从而获得精确的单齿面积、花键轴及其坯料的截面积。此外,对该计算公式进行了不同坯料直径下的花键轴增量式滚轧成形有限元分析验证,结果表明,由该计算公式获得的坯料直径符合工艺要求,成形的花键轴齿廓清晰、齿形填充饱满。

外花键的轴向进给增量式滚轧工艺试验研究

分析了汽车工业对于花键轴塑性成形制造工艺的需求,介绍了花键的轴向进给增量式滚轧工艺的原理和基本过程。在自主研制的交流伺服驱动轴向进给增量式滚轧成形装置上开展了初步试验研究,针对不同坯料直径和模具转速进行了相应滚轧试验,结果表明坯料直径的增加能够补偿由于材料轴向流动产生的齿顶圆高度降低;模具转速的增加能够减轻成形花键轴的齿顶拉尖现象。进一步对成形花键轴的微观组织观察发现,在齿形的齿面、齿根和齿槽的底部区域形成了细化的连续流线状纤维组织,硬度测量结果显示,该组织明显提高了花键轴齿面的抗疲劳强度和硬度。初步试验结果验证了轴向进给增量式滚轧工艺实现外花键的成形、成性一体化制造的可行性,同时为进一步应用该工艺提供了参考。