基于正交试验的汽车哈克钉铆套冲孔工艺优化及模具磨损研究北大核心CSCD

为了解决哈克钉铆套冲孔工序中下冲棒磨损严重的问题,基于Deform-3D仿真平台,建立了铆套冲孔模型、材料断裂模型以及磨损模型。首先,采用正交试验法,以降低下冲棒磨损为主旨,对关键冲孔参数及下冲棒尺寸进行了优化,优化结果为:上模冲孔速度为20 mm·s^(-1),下冲棒硬度为65 HRC,顶角为10°,下冲棒圆角半径为0.6 mm。其次,引入涂层技术,研究了TiN、TiCN和TiAlN涂层对下冲棒的强化效果,结果显示:TiAlN涂层的抗磨损能力更强。最后,通过连续模拟,建立了下冲棒的寿命预测模型,对优化后各下冲棒的寿命进行了预测,并经实际冲孔试验进行了验证,结果表明:磨损严重部位与数值模拟结果一致,各下冲棒实际寿命与预测结果极其接近,误差均控制在5%以内,验证了结果的正确性。采用TiAlN涂层的下冲棒寿命可从17388件增加至39405件,有效地解决了铆套成形中冲孔工序模具寿命短的问题。     

哈克抽芯铆钉铆套冷精锻成形工艺

针对哈克抽芯铆钉铆套成形过程中头部出现的填充不饱满、折叠、飞边等缺陷,在金属流动行为方面分析了缺陷形成的原因。在此基础上初步设计了两种冷精锻成形工艺并优化了模具结构,在工位3模具结构中铆套顶部外圆角处、杆部与头部连接处分别预留一个直径为Ф0. 2 mm的排气孔,目的是解决制件填充不满问题,并分别建立有限元模型,利用DEFORM-3D进行数值模拟。对比两种工艺成形过程的等效应力、等效应变、成形载荷和金属流向,仿真结果表明:工艺2成形终段的等效应力、应变值比工艺1分别高出15%和34. 6%,且金属流动混乱,从而得出工艺1更加合理的结论。并通过JBF-19B-4S螺栓冷镦机进行试模,得到了无缺陷、填充饱满的制件,实验结果与数值模拟结果保持一致。     

小型套管多工位冷镦挤成形工艺方案设计

针对小型套管类零件整体尺寸小、成形工步多、大批量加工的特点,提出小型套管类零件采用多工位高速冷镦挤成形加工的方法,并根据塑性成形理论,设计了两种六工位冷镦挤成形工艺方案,借助有限元分析软件DEFORM-2D模拟套管的成形过程,分析比较两种工艺方案中金属流动规律、成形载荷大小和锻造流线分布。模拟结果表明,采用两次反挤压+终镦的方案,其成形的套管充填饱满、无折叠,各工步成形载荷大小分布合理。通过工艺实验进行验证,结果表明数值模拟结果与实验结果相一致,验证了数值模拟的准确性,可为实际生产提供指导。     

小型薄壁套管多工位冷镦挤工艺

小型薄壁套管类零件,整体尺寸较小且内外结构复杂,加工方法的选择和成形工艺设计方面是生产该类零件的重点和难点。针对上述难点,采用适合中小型零件批量加工的多工位冷成形加工方法,并根据成形理论分析,初步设计出两种较合理的六工位冷成形方案,对成形过程采用Deform-3D软件数值模拟。得出先反挤压成形薄壁端的最大载荷为5.6×104N,远小于先镦粗成形凸缘的最大载荷;台阶深孔的成形采用杯-杯复合挤压,其损伤值远小于材料的临界损伤值。最终通过生产试验验证模拟结果的最佳工艺,且成形后小型薄壁套管的内部组织分布合理,无冷镦缺陷。     

基于有限元模拟的汽车专用异形螺母冷镦缺陷分析与改进北大核心CSCD

针对汽车专用异形螺母在多工位冷镦生产中出现的局部材料折叠问题,提出了采用Deform软件对异形螺母进行成形仿真。由各工位零件的检验结果可知,折叠缺陷最先出现在薄壁成形工位,并对其进行有限元分析验证,结果表明:折叠缺陷是由于模具结构设计不当而引起材料对流造成的。首先,根据原方案的材料流动规律对模具结构提出了改进方案,解决了材料折叠问题;同时,为确保整个成形工艺的可靠性,对后续工位的模具结构进行了改进和模拟验证。最后,基于模拟结果对改进后的模具进行了制造,并通过多工位冷镦机进行了试模加工。结果显示,薄壁成形工位及后续工位均未出现折叠缺陷,与仿真结果相符,这表明有限元技术能准确预测工艺缺陷,有效解决企业的实际难题。     

SCM435合金钢接头的冷镦工艺研究与数值模拟北大核心CSCD

某规格的SCM435合金钢接头采用“热镦+铣槽”的生产方式,工序复杂、生产效率低、产品质量不稳定,针对该问题,提出了产品质量更稳定、适合批量化加工的多工位冷镦成形工艺。基于单向拉伸试验,通过Deform-3D有限元软件建立了SCM435合金钢材料的本构关系和临界损伤模型,并对合金钢接头各工位的连续冷镦成形过程进行了动态模拟,从金属流动规律、成形饱满度、成形载荷变化以及损伤值分析等角度来预判潜在的缺陷,从而验证工艺的可行性。研究结果表明:针对该合金钢接头制定的6工位冷镦工艺方案切实可行,各工位零件成形良好,无折叠、开裂缺陷,金属流动合理,成形载荷分布均匀,最大损伤值均小于材料的损伤阈值。最后通过多工位冷镦机进行了试生产,获得了符合要求的合金钢接头。     

基于DEFORM-3D的新能源电池壳底部台阶镦挤成形工艺改进与优化北大核心CSCD

以新能源4680系列电池壳为研究对象,为了保证密封效果,在电池壳底部设计了一种镦挤台阶结构,经过工艺试验验证,底部台阶成形需要预冲底孔、锻造成形、精冲底孔3步工序。针对底部台阶一次成形会产生毛刺等问题,在原工艺基础上提出了先锻造成形再整形的改进工艺,采用DEFORM-3D软件分别分析了两种不同工艺方案中底部台阶结构的成形效果和载荷变化情况。由于预制孔的直径尺寸对后续精冲孔影响较大,因此,设计了3种不同直径尺寸的预制孔,对其进行数值模拟,并根据成形规律和载荷变化以及底部预制孔成形要求进行比较、分析,选取最佳预制孔直径尺寸。结果表明:改进后的先锻造成形再整形工艺有利于降低模具载荷,使台阶结构的成形效果更好;预制孔直径为Φ8.5 mm时,载荷最小,更利于后续精冲孔工序的进行。最后,通过实际生产验证了改进工艺和优化结果的合理性。     

汽车盘体零件闭式锻造工艺研究与模具设计北大核心CSCD

以汽车盘体零件为研究对象,针对开式锻造和机加工生产方式耗时废材、产品质量稳定性差的问题,提出采用闭式锻造成形技术。首先,根据零件的结构特征,确定了成形方案,并设计了3种预锻件结构;其次,利用Deform-3D软件建立了材料的高温流变应力模型及有限元分析模型,并对3种不同方案下盘体零件的成形过程进行了数值模拟,分析了零件的成形结果,比较了预锻工序和终锻工序的最大成形力及模具磨损情况;最后,根据最佳方案设计了闭式锻造模具结构,并进行了实际锻造试验。结果表明:该工艺可靠,模具结构稳定且无异响,脱模流畅,获得的汽车盘体零件成形良好,无充不满、刮痕等缺陷,尺寸质量满足要求,为企业降低了生产成本。     

基于有限元的法兰传动轴锻造工艺仿真及模具结构改进北大核心CSCD

某法兰传动轴经镦粗、一次挤压、二次挤压、预锻、终锻等5道工序成形,经长期生产发现其中工序3的模具磨损失效快、换模频率高,严重影响了产品的生产效率。为解决该问题,尝试对工序3的模具结构进行改进,根据其结构特征设计了两种改进方案,并基于Deform-3D分别进行了建模与仿真。首先,对原工艺进行了数值分析,初步验证了Archard修正模型的可靠性;其次,对改进后方案中锻件成形的完整度以及金属流线变化进行了分析,判断锻件是否存在成形缺陷,并比较了改进前、后模具磨损的变化情况;最后,对模拟分析结果进行了试模验证。结果表明:试验结果与模拟结果一致性较好,建模分析准确,改进后方案能够实现锻件的成形,其中方案1的成形效果更好,在不影响工序4的模具寿命的前提下,工序3的模具平均寿命从3472件提高至6235件,很好地解决了企业的难题。     

基于有限元分析的汽车十二角半轴螺母冷镦工艺开发与应用

针对汽车十二角半轴螺母热镦成形工艺中存在的工序繁杂、生产效率低、产品性能差、材料利用率低和成本高等问题,设计了一种6工位自动化冷镦成形工艺对其进行替换。通过室温压缩试验建立了40Cr合金钢的Johson-Cook本构模型,同时,利用Deform-3D数值模拟软件完成了各工位的连续成形模拟,并根据螺母各阶段的金属流动规律、填充完整度、截面网格变形情况和断裂趋势等信息分析了冷镦成形工艺的可行性,基于载荷分析预测了成形力大小;然后根据分析结果和成形工艺完成了各工位模具的制作,并通过冷镦机进行了试模制件。结果表明,获得的十二角半轴螺母表面光洁,填充完整,无折叠和裂纹等缺陷,与模拟结果完全吻合,经测量检验,螺母各处尺寸均在公差范围内,符合使用要求,证实了冷镦工艺的可靠性,此冷镦工艺能够取代热镦工艺。     

汽车传动轴轴套的近净成形工艺研究与应用北大核心CSCD

为解决一种汽车传动轴轴套切削加工生产效率低、成本高的问题,根据其结构特点并基于塑性成形理论设计了两种全新的加工工艺,即先通过冷镦加工制坯,后经少量切削完成最终成形,可使材料利用率从26.9%提高至86.1%。利用有限元软件Deform-3D对这两种工艺的冷镦部分进行成形模拟,评估了两种工艺的可行性,并对两种工艺各工位的等效应力、成形力、损伤值等进行了对比。结果表明:两种工艺均能满足成形需求,获得预期的制坯件,并且采用方案2时,等效应力和损伤值分布更好,同时所需成形力更小,利于提高制坯件质量和降低模具冲击。最后,将方案2应用于轴套的加工,完成了生产试验,最终得到的制坯件成形较好,无缺陷,与模拟结果一致,经最终少量切削后,轴套尺寸完全符合需求,与之前工艺相比,效率和成本均得到明显改善。     

汽车高强钢锻件淬火开裂分析与有限元模拟北大核心CSCD

某汽车高强钢锻件在生产中面临淬火开裂问题,急需从生产工艺上回溯开裂原因。对淬火后的某汽车高强钢锻件进行解剖,观察了裂纹形貌、金属流线、微观组织和元素分布,发现断裂处材料流动极不均匀,锻造变形时剧烈的滑移和剪切是导致开裂的主要原因。模拟了某SAE5137H汽车高强钢锻件在浓度为9%的PAG淬火液(聚烷撑乙二醇质量分数为9%的水性淬火介质)中淬火的过程,发现淬火开裂位置的最大等效应力远低于材料的抗拉强度,淬火应力较小。综合裂纹分析的试验结果和有限元分析结果可知,该锻件锻造过程中材料流动不均匀,局部产生剧烈滑移,使材料塑性下降,虽然在锻造后未直接开裂,但在淬火热应力的作用下因塑性不足而导致开裂。根据开裂原因,将位置A开裂处预锻模膛局部凹模圆角半径减小至R8 mm,并对锻件位置B处局部加热,锻件淬火开裂比例显著下降,解决了开裂问题。     

提高汽车拉延模具与零件贴合率的型面补偿方法及应用北大核心CSCD

针对汽车覆盖件拉延模具开发中研配周期长的问题,提出一种基于零件厚度变化和凸、凹模变形的模具型面补偿方法,以提高拉延模具试模中模面和零件的贴合率。首先,采用冲压成形软件对拉延工艺进行数值模拟,得到成形载荷和成形后零件的厚度变化情况;然后,将拉延成形分析得到的最大载荷信息映射到划分网格的三维实体模型中对模具进行静力分析,得到模具的变形位移;最后,借助ThinkDesign软件的GSM模块,依次用模具变形位移和厚度变化位移对模具型面进行补偿。并以汽车前隔板拉延模具为研究对象,进行模具型面补偿和实验验证,结果表明该方法可有效地提高拉延模具首次试模的贴合率。