DEFORM在汽车零件冷锻工艺中的应用

DEFORM在汽车零部件冷锻工艺中的应用上海交通大学董万鹏一．可以显著降低原材料的消耗冷锻技术是一种先进的塑性成形工艺,它在不破坏金属的前提下,使金属体积作出塑性转移,达到少切屑无切屑而使金属成形。金属零件如用热模锻方法制造,材料的利用率通常为40%～60%;而用冷锻方法制造,材料利用率高达80%～95%。冷锻工艺的优点冷锻工艺的优点二．可以大幅度提高劳动生产率冷锻工艺是在机械压力机上进行的,压力机的一次行程就可以完成一道工序,因此与多工序的热模锻工艺相比,生产率可以大幅度地提高。如俄罗斯冷模锻弯钩拉臂的生产率每小时为400件,美国多工位冷锻机用毛坯尺寸Φ70ｍｍ×47ｍｍ（质量1.4kg）,冷挤压汽车轴套零件的生产率每小时为2100件。冷锻工艺的优点三．可以加工成形复杂的零件在压力机的往复直线动作下完成复杂的成形工序,并可以制成形状复杂的零件,效果特别显著。如后图所示的带齿的轴套冷模锻件,如果不采用冷模锻方法制造就会感到十分困难,或增加很多工序,而用冷模锻加工却十分方便。冷锻工艺的优点带齿的轴套冷模锻件冷锻工艺的优点四．可以提高制件的力学性能在冷锻过程中,金属材料处于三向不等的压应力作用下。冷锻变形后,金属材料的晶粒组织更加致密,金属流线不被切断,成为沿着零件轮廓连续分布的金属流线。同时,由于冷塑性成形利用了金属材料冷变形的冷作硬化特性,使冷锻制件的强度大大提高,从而提供了用低强度钢代替高强度钢的可能性。五．可以获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度的零件。冷锻零件的表面质量是十分良好的。在冷塑性成形过程中,金属表面在高压下受到模具型腔光滑表面的熨平,因此零件的表面粗糙度很小。冷锻工艺的优点六．可以降低零件的制造成本。由于冷锻工艺可以显著节省原材料和切削加工工时,所以大大降低制件的生产成本。如弯钩拉臂,可以用普通热模锻工艺,也可以用冷模锻工艺,后者的生产成本比前者降低了40%～50%。冷锻工艺的优点某型螺栓冷锻工艺和机加工工艺效果对比[2]冷锻工艺的优点冷锻指在室温下或低于工件回复温度下进行的塑性变形的总称，包括冷墩、冷挤压、冷模锻、冷压印等。冷锻制作的产品有大量生产的销、钉、螺栓、螺母、铆钉等小件，以及汽车驱动轴、压力容器等大件。常用冷锻工艺一．冷镦用来使毛坯的高度减小、横截面积增大,也可以使毛坯的局部高度减小,而局部横截面积增大。但由于冷镦时的变形抗力大,所以多用于坯料尺寸小而批量大的产品,如螺栓、螺母、销钉等标准紧固件和小型轴承的内、外环等。常用冷锻工艺常用冷锻工艺螺钉典型冷镦工序二．冷挤压用来使毛坯的局部长度增加、横截面积减小,也可以使毛坯的局部长度增加、局部横截面积减小。但为了保证冷挤压成形过程中金属材料产生均匀的流动,应尽量为轴对称形状,如各种材料（铝、铜、钢等）筒形、异形及带散热片的冷挤压件。常用冷锻工艺常用冷锻工艺内花键轴套冷模锻工序三．冷模锻它是挤压和局部镦锻结合在一起的塑性成形加工方法,可获得复杂形状的零件。如除了各种带凸缘、法兰的短轴类零件以外,还有长轴类形状复杂的异形零件,如弯钩拉臂、踏板小杠杆、医用镊子、餐刀、餐叉、餐匙等。常用冷锻工艺常用冷锻工艺行星齿轮冷模锻工序根据所用的设备来命名工艺,除了常规的设备（液压机、机械压力机等）以外,目前冷成形工艺还有常用冷锻工艺冷摆辗法（毛坯在摆辗机上冷成形制得）冷辊锻法（毛坯在辊锻机上冷成形制得）冷楔横轧法（毛坯在楔横轧机上冷成形制得）日本将毛坯在双动液压机上进行闭塞冷模锻,故称闭塞冷模锻法。2001年我国国内汽车产量为233万辆，比上一年增加了13％；2002年达到325万辆，同比增长39％；去年汽车产量已经达到444万辆，同比增长35％，其中轿车同比增长83％。汽车中的冷锻件仅仅2年内中国的汽车产量翻了一番。这一情况表明我国的汽车产业已进入了一个快速发展时期。汽车上的各种齿轮、齿条、带齿活塞、端面凸轮和端面齿轮、十字头、轴套、同步环等零件,均可采用冷锻精密成形工艺,达到净形或近净形。据英国诺丁汉大学Pstandrin介绍,在汽车上大约有40种冷锻成形件。汽车中的冷锻件汽车中的冷锻件汽车中的冷锻件据有关资料表明，冷锻件的生产对汽车的依附性很强。一般国家冷锻件的80%是汽车锻件，每辆汽车上的冷锻成形件大体在70kg以上，这还不包括每辆汽车使用的紧固件。到目前为止,我国生产的轿车上的冷锻件重量不足20kg相当于发达国家的一半,开发潜力很大。汽车中的冷锻件汽车制造中有很多零部件，要求耐疲劳、质量轻和尺寸精确，而冷锻技术正好对提高零部件的疲劳强度和零件尺寸精度特别有利，因此，冷锻技术在汽车零部件制造业中所占的比重不断增大。汽车中的冷锻件一．要求锻造设备吨位大、刚度和精度高二．对模具强度、刚度和寿命提出了较高的要求三．要求坯料材质均匀，杂质少，无缺陷，尺寸精度高，表面质量好，下料精确四．坯料或毛坯一般需经热处理、润滑处理、中间退火和再润滑等附加工序冷锻工艺的缺点数值模拟技术新技术的革命20世纪70年代塑性有限元理论和计算机技术的飞速发展而发展在冷锻成形工艺领域,有限元数值模拟技术可以很直观地得到金属流动过程的应力、应变、模具受力、模具失效情况及锻件可能出现的缺陷情况。新技术的革命以上重要信息的获得对合理的模具结构,模具的选材、热处理及成形工艺方案的最终确定有着重要的指导意义。改变了传统的设计理念和工艺规划流程。新技术的革命通过对整个冷挤成形过程的模拟，计算出所需要的变形力，进而进行设备的优化选择。十字轴冷挤成形模拟十字轴冷挤成形模拟通过对成形过程中应力和应变分布情况的分析，校验模具的结构设计以及材料的选择十字轴冷挤成形模拟十字轴冷挤成形模拟十字轴冷挤成形模拟通过DEFORM软件来实现物理试模过程，考察该产品多工步设计方案的可能性。轴套冷模锻多工序模拟轴套冷模锻多工序模拟请各位同行指正谢谢！