基于deform的汽车半轴摆动碾压工艺优化

0 引言

汽车半轴是汽车系统的重要传力零件，位于汽车的差速器与汽车的驱动轴之间。汽车半轴分为全浮式和半浮式两种。但是无论全浮式半轴还是半浮式半轴，它们都会在汽车启动、行驶以及停止的交替过程中不停地受到交变扭矩以及冲击载荷的作用从而导致半轴开裂

。复杂的受力情况对半轴质量提出了较高要求，提高半轴质量将大大地提高汽车安全系数，减少交通事故发生，具有相当高的现实意义。

新文人流派是最早崛起的现代粉彩人物流派，其主要承袭于新粉彩人物瓷画，这个流派长期占据现代粉彩人物流派的主流地位。这批流派的领军人物正是“珠山八友”王大凡的后人王锡良，中国工艺美术大师张松茂以及徐庆庚等老一辈的艺术家，他们创作的作品风格于新粉彩人物瓷画风格类似，且在他们创作的作品中叶融入了很多现代的风格。但主要的审美情趣还是以传统文人画气息为主，因此有不少人会把新文人粉彩瓷画当作传统粉彩人物瓷画的代表。但实际上，在二十世纪80年代之后兴起的“新文人画”运动影响下，无论从意境还是审美造诣早已脱离了纯文人式的审美追求，尤其是在人物五官、构图以及设色等方面都更加贴合现代审美情趣。

1 研究现状

现在国内的半轴生产主要是使用摆辗技术成形，这是一种连续的局部加载回转成形的加工工艺。与传统锻造工艺相比较，使用摆辗工艺生产半轴具有锻造力小、锻件质量好、精度高、节省原材料等优点。因此，我国大力发展半轴的热摆辗成形技术，并研发出了半轴摆辗机，具有独特的结构，创造了极大的经济效益。

有没有空，我见了他再说。牛皮糖在乡邻面前受了保安的斥责，血就往上涌，脸色也垮了下来。他继续朝台子上拱。

我国许多学者都对半轴摆辗成形技术进行过相关研究。1997年张猛研究了摆辗工艺生产半轴的成本问题。2003年李和平研究了半轴的热挤辗压成形特点，并分析了模具设计的相关要素

。2004 年赵静等人指出长轴类零件的生产工艺发展趋势是精密成形技术

。2007 年李和平研究了半轴棒料聚料后再温摆辗成形的新工艺方法

。同期国内也有不少利用有限元法研究汽车摆动碾压成形工艺的先例，比如吴溯源等人使用DEFORM对汽车半轴的制坯工艺进行模拟分析。陈荷和龚晓涛等人利用有限元方法研究了汽车半轴摆辗中凹模的温度场

。孙继旺对汽车半轴的摆辗工艺进行了优化

。这些研究成果极大地促进了摆辗技术在半轴生产领域的应用和发展。

2 摆辗工艺原理分析

2.1 摆辗成形变形机理

将设计好的圆锥形坯料和锥柱形坯料分别进行三维建模，如图2所示，并导入deform-3D软件，设置各项边界参数，确定其零件类型为40Cr，加热温度为1150℃，摆头转角为3°，摆头自转摆速和公转摆速均选取为200r/min，热变形摩擦系数取0.3。

如图6、图7、图8分别是锥柱形坯料在进给速度分别为10mm/s、20mm/s、30mm/s时的摆辗模拟过程。当进给速度为10mm/s时，摆辗中的蘑菇头大小合适，能够很好地将金属聚集在模腔内。成形过程较为流畅，成形件无折叠和凹陷等缺陷，摆辗成形质量较高，金属流动性能较好，较好地利用了摆辗的蘑菇效应。

(1)蘑菇效应

如图3、图4、图5分别是圆锥形坯料在进给速度分别为10mm/s、20mm/s、30mm/s时的摆辗模拟过程。当进给速度为10mm/s时，整个摆辗过程中蘑菇效应较为严重，这是因为圆锥顶部直径较小，当进给速度较慢时，由摆头每转摆辗导致流动的金属较少，从而使得摆辗的效果较为显著，在摆辗之初就出现的蘑菇效应。随着摆辗的进行，原来径向流动的金属被新的流动金属推动，逐渐开始向内卷曲，以致产生金属折叠现象。这种情况下材料较为聚集，但是金属折叠缺陷严重，直接导致成形件不合格。

2.2 摆辗成形特点

摆辗成形的运动情况和受力情况受到很多因素的影响，比如进给速度和毛坯高径比都会影响摆辗成形质量。摆辗工艺属于局部变形，成形过程也会出现一些比较规律的特点。

孵化器是松山湖高新技术产业开发区建设的重要组成部分，在促进科技成果转化、培育创业企业和创新人才、加快高新技术产业聚集等方面起到了重要作用。为了更好地发挥孵化器的作用，发挥政府政策和扶持资金的引导作用、杠杆作用，为政府下一步制定相关政策和制度提供依据，特针对松山湖开发区34家孵化器、科创局等职能部门开展本次调查工作，以了解孵化器企业的运营管理模式、盈亏情况、市场发展空间等状况，了解孵化器企业的孵化产品、孵化产业、为孵化企业提供的科技服务等情况，分析孵化器企业发展特点、发展的瓶颈，对进一步完善孵化器服务政策体系提出切实可行的建议。

时代在变化，教育在改革。随着我国经济以及各方面实力的不断壮大，教育的重要性日益显著，而教育的主要场所是学校，学校的教学环境，班级的学习氛围决定着学生的学习成绩。班级的主要管理员是班主任，在整个班级发展中，班主任管理班级的任务重大，班主任的管理能力直接影响着学生的成长。但随着时代的不断变化，班级的管理情况日渐出现了许多问题，使得班级工作管理和学生的学习情况受到一定的影响。因此，提高班主任的管理能力是当前学习环境中亟待解决的问题。笔者就站在前人的肩膀上，对此问题分析出解决方案，希望有助于学校班级管理情况，从而提高教学质量。

当工件较厚时，如果在摆辗过程中每转进给量较小，那么在达到一定变形量之后，因为工件顶端与上模接触面积较小，单位轴向应力和切向应力较大，所以邻近上模的金属径向流动较为突出，工件顶端会形成“蘑菇头”形状。当每转进给量较多时，如果上模和工件之间摩擦力较大并贴在一起，则工件发生翘曲，使得工件与下模的接触面积减小，则靠近下模的工件首先发生变形，则易形成“倒蘑菇头”。

蘑菇效应的强弱与工件的变形情况紧密相关，当工件的径向变形较强时，成形过程中摆辗特性较为明显，蘑菇效应较强；当工件的轴向变形较为突出时，成形过程中的镦粗特性更加明显，蘑菇效应也更弱。所以摆辗工艺可以看做是摆辗成形与镦粗成形的复合成形方式，可以通过控制摆辗过程中摆辗特性与镦粗特性的比重来控制摆辗成形的蘑菇效应。

培育壮大新动能有利于应对新技术革命。新一轮全球技术革命主要表现为信息技术革命、智能技术革命、新能源技术革命等方面。培育壮大新动能，既可为应对新技术革命培育新企业等创新型主体，又可为应对新技术革命提供新技术等新要素支撑，更可为应对新技术革命提供新制度、新市场等环境。

我国是世界“流产大国”,2015年,我国有985万多例人工终止妊娠[1]。虽然大多数计划外妊娠的终止在早孕期,然而某些计划内妊娠过程中母体全身性疾病的变化、胎儿畸形、宫内死胎等可能被迫在妊娠中晚期行引产术。我国中期妊娠引产仍占人工终止妊娠的5%[2]。

(2)“中心拉薄”现象

工件摆辗变形时，金属径向流动，工件中心也会受到拉应力。试验证明，当工件越薄，摆角越大，每转的进给量越小，且工件直径越大越容易产生中心拉薄现象

。

3 半轴摆辗成形数值分析及其优化

3.1 方案设计及参数确定

通过控制进给速度和坯料形状，可以对比摆辗过程和结果，从工件成形质量以及预测成形缺陷等角度判断设计合理性，并对各种方案进行对比，优选出最合理的工艺参数组合，本文共设计了两种坯料形状和三组进给速度，如表1所示。

半轴在摆辗过程中始终只有部分工件表面与摆头接触并发生变形，于是在锻件的表面存在接触区域与非接触区域两个部分。如图1所示，图中的阴影区为接触变形区域

。

3.2 圆锥形坯料数值模拟

采用SPSS 21.0统计学软件进行数据分析；计量资料采用（±s）表示，组间比较采用t检验；计数资料用[n（%）]表示，比较采用 χ2检验。P<0.05为差异有统计学意义。

当进给速度为20mm/s时，圆锥形的坯料的蘑菇效应是比较合适的。虽然金属流动性能比不上低速的那么流畅，可正是这种阻碍使得圆锥形坯料能够无折叠的形成毛坯。从成形件初步分析，当进给速度为20mm/s时，圆锥形的坯料综合成形较好，暂无缺陷产生，有待进一步分析。

当进给速度为30mm/s时，蘑菇头形状不明显，随着进给量增加，产生了一个又大又扁的圆盘，这表明摆辗的蘑菇效应减弱。这个大面积的圆盘逐渐变大，金属将无法聚集在下模中，最终金属会偏移出模具，金属的流失使得模腔也无法充满。所以，当选取方案为符合尺寸要求的圆锥形坯料时，进给速度取20mm/s能通过摆辗工艺得到较好的毛坯形状。

3.3 锥柱形坯料数值模拟

在摆辗过程中，阴影区域为直接与摆头接触被施加压力而发生塑性变形的区域，也被称之为“主动变形区”。如果ω方向为摆头公转方向，则EF为进入摆辗主动变形区的子午面，CD为正在进行摆辗主动变形的子午面，AB为即将退出摆辗主动变形区的子午面。在摆辗过程中金属会受力流动，流动的金属会对阻碍它流动的金属产生力的作用，使得未直接接触摆头参与变形的金属也会产生变形，这些区域称之为“被动变形区”，如图1的白色区域。很明显，在EF子午面之前的金属被动变形最为严重。

当进给速度为20mm/s时，摆辗前期在摆辗圆锥部分成形还好，但摆辗到圆柱部分时摆辗形成的蘑菇头明显，使得蘑菇头被进给的圆柱坯料挤压而逐渐变平，形成了大圆盘。直径过大的圆盘加上进给速度过大时产生的材料偏移现象，使得金属材料更加容易溢出模腔，最后产生模腔内充不满而模具外又有坯料的情况。

当进给速度为30mm/s时，摆辗中的蘑菇效应大大减弱，材料偏移严重，坯料中心线倾斜程度高。随着进给速度的增加，可以观察到金属的径向流动并不明显，这说明成形过程中的摆辗成分较低。而金属的轴向变形较为突出，同时坯料的偏移较为严重，模腔无法充满，并伴随有折叠现象的发生，成形质量低下。

纵观不同方案的坯料在不同进给速度的情况下都呈现一个趋势：摆辗速度越大，摆辗中的蘑菇效应越不明显，并且材料流动更加不均匀，材料偏移越严重，摆辗成形力越大。所以，当选取方案为符合尺寸要求的锥柱形坯料时，进给速度取10mm/s能通过摆辗工艺得到较好的毛坯形状。

3.4 方案比较和工艺优化

在经过模拟分析对比后，得出了两组较为良好的数据，分别是进给速度为20mm/s的圆锥形坯料，进给速度为10mm/s的锥柱形坯料。进一步分析圆锥形坯料在20mm/s时的成形过程，发现在摆辗过程中，有一部分坯料仍然偏移出了模腔，并在后来的成形中形成飞边，且金属的流失却导致整个坯料在后面的成形中无法充满模腔，如图9所示。但锥柱形坯料无此现象产生，因此锥柱结合形坯料在进给速度为10mm/s的情况下成形情况最好，模拟成形终锻毛坯见图10，建议选取该组参数作为优化后的工艺参数。

4 结论

(1)使用摆辗工艺进行半轴毛坯锻造可以形成精度较高，质量较好的锻件。

(2)使用有限元数值分析的方法可以有效研究半轴摆辗工艺成形过程，预测锻件缺陷，完成设计方案选择，且成本低，效率高。

(3)经过对圆锥形坯料和锥柱形坯料三种进给速度下的数值模拟，对比结果显示，锥柱结合形坯料在进给速度为10mm/s的情况下成形情况最好，摆辗工艺参数得到优化。

[1]王欣芳．汽车半轴热摆辗工艺及成形质量的研究[D]．合肥工业大学，2014．

[2]李和平，金曼曼．汽车半轴摆辗新工艺及模具设计[J]．模具工业，2004． (5)：35-36．

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[6]孙继旺，付建华，李永堂．基于Deform-3D的后桥半轴摆辗新工艺分析[J]．锻压技术，2009-6：160-163．

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