汽车起动机减速轴精密成形过程仿真及应用研究

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减速轴是汽车起动机的关键零件,在汽车启动时起传递转矩和动力的作用。其一端为盲孔内渐开线齿轮,另一端为带有螺旋花键的传动杆,加工过程非常复杂。传统的内齿轮加工工艺,要求有足够的空间进行退刀,零件中会留有退刀槽,不适合减速轴的加工。目前国际上先进的内齿轮加工工艺是挤压工艺,该工艺具有金属切削余量小,生产效率高,制品质量稳定,机械性能好的特点,能适应汽车工业大批量、高效优质、低成本生产的要求。将此挤压工艺引入到汽车起动机减速轴内齿轮的生产中,将是一个非常高效的方法,也是消除盲孔内退刀槽的首选方案。研究关于该工艺的现代设计方法,引入CAE理论,对金属成形过程进行模拟和仿真,能够有效降低产品的开发成本,缩短研制周期,提高产品的质量和可靠性。   本文在全面理解精密成形的相关知识和冷挤压加工工艺后,针对汽车起动机275减速轴,进行如下研究和分析:   1)对减速轴进行结构特征研究,据此进行模具结构设计与计算,并确定工艺流程,制定减速轴内齿轮净成形的高效精密成形技术及工艺方法;   2)利用刚(粘)塑性有限元法基本原理,建立减速轴有限元模型,并进行成形过程仿真,以装机试验来验证模型的正确性、模具结构的实用性及成形工艺设计的合理性;   3)对仿真结果进行分析,得到成形过程中金属的流动规律,应力、应变、金属流动速度的分布情况以及行程--载荷曲线,确定成形过程的稳定性;改变模具结构参数、齿轮结构参数及润滑条件并进行多次仿真,考察各种参数对金属流动和挤压力的影响,以此确立影响成形的主要参数;   4)采用正交试验方法,对影响减速轴成形的主要因素进行组合仿真,进一步优化模具结构和工艺步骤,并进行经济效益和社会效益评价,批量生产;   5)在模具结构优化的基础上,研究成形过程中模具的磨损情况,计算模具寿命;针对试模中出现的缺陷,分析其影响因素,寻求解决方案。   本文是江苏省苏北科技创新引导资金项目--汽车起动机减速轴精密锻件产业化开发(编号:BN2008016)。开展汽车零部件冷温锻件精密成形过程理论及应用研究,可大大提升企业精密锻件的设计和制造水平,克服设计和制造中的盲目性,优化产品成形工艺和模具结构。由于精密塑性成形较传统切削加工可降低制造成本30%,节约材料和能源20-35%。因此,在强调减少资源消耗、建设节约型社会的今天,具有非常重要的意义。
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