基于deform的汽車半軸擺動碾壓工藝優化

0 引言

汽車半軸是汽車系統的重要傳力零件，位于汽車的差速器與汽車的驅動軸之間。汽車半軸分為全浮式和半浮式兩種。但是無論全浮式半軸還是半浮式半軸，它們都會在汽車啟動、行駛以及停止的交替過程中不停地受到交變扭矩以及沖擊載荷的作用從而導致半軸開裂

。復雜的受力情況對半軸質量提出了較高要求，提高半軸質量將大大地提高汽車安全系數，減少交通事故發生，具有相當高的現實意義。

新文人流派是最早崛起的現代粉彩人物流派，其主要承襲于新粉彩人物瓷畫，這個流派長期占據現代粉彩人物流派的主流地位。這批流派的領軍人物正是“珠山八友”王大凡的后人王錫良，中國工藝美術大師張松茂以及徐慶庚等老一輩的藝術家，他們創作的作品風格于新粉彩人物瓷畫風格類似，且在他們創作的作品中葉融入了很多現代的風格。但主要的審美情趣還是以傳統文人畫氣息為主，因此有不少人會把新文人粉彩瓷畫當作傳統粉彩人物瓷畫的代表。但實際上，在二十世紀80年代之后興起的“新文人畫”運動影響下，無論從意境還是審美造詣早已脫離了純文人式的審美追求，尤其是在人物五官、構圖以及設色等方面都更加貼合現代審美情趣。

1 研究現狀

現在國內的半軸生產主要是使用擺輾技術成形，這是一種連續的局部加載回轉成形的加工工藝。與傳統鍛造工藝相比較，使用擺輾工藝生產半軸具有鍛造力小、鍛件質量好、精度高、節省原材料等優點。因此，我國大力發展半軸的熱擺輾成形技術，并研發出了半軸擺輾機，具有獨特的結構，創造了極大的經濟效益。

有沒有空，我見了他再說。牛皮糖在鄉鄰面前受了保安的斥責，血就往上涌，臉色也垮了下來。他繼續朝臺子上拱。

我國許多學者都對半軸擺輾成形技術進行過相關研究。1997年張猛研究了擺輾工藝生產半軸的成本問題。2003年李和平研究了半軸的熱擠輾壓成形特點，并分析了模具設計的相關要素

。2004 年趙靜等人指出長軸類零件的生產工藝發展趨勢是精密成形技術

。2007 年李和平研究了半軸棒料聚料后再溫擺輾成形的新工藝方法

。同期國內也有不少利用有限元法研究汽車擺動碾壓成形工藝的先例，比如吳溯源等人使用DEFORM對汽車半軸的制坯工藝進行模擬分析。陳荷和龔曉濤等人利用有限元方法研究了汽車半軸擺輾中凹模的溫度場

。孫繼旺對汽車半軸的擺輾工藝進行了優化

。這些研究成果極大地促進了擺輾技術在半軸生產領域的應用和發展。

2 擺輾工藝原理分析

2.1 擺輾成形變形機理

將設計好的圓錐形坯料和錐柱形坯料分別進行三維建模，如圖2所示，并導入deform-3D軟件，設置各項邊界參數，確定其零件類型為40Cr，加熱溫度為1150℃，擺頭轉角為3°，擺頭自轉擺速和公轉擺速均選取為200r/min，熱變形摩擦系數取0.3。

如圖6、圖7、圖8分別是錐柱形坯料在進給速度分別為10mm/s、20mm/s、30mm/s時的擺輾模擬過程。當進給速度為10mm/s時，擺輾中的蘑菇頭大小合適，能夠很好地將金屬聚集在模腔內。成形過程較為流暢，成形件無折疊和凹陷等缺陷，擺輾成形質量較高，金屬流動性能較好，較好地利用了擺輾的蘑菇效應。

(1)蘑菇效應

如圖3、圖4、圖5分別是圓錐形坯料在進給速度分別為10mm/s、20mm/s、30mm/s時的擺輾模擬過程。當進給速度為10mm/s時，整個擺輾過程中蘑菇效應較為嚴重，這是因為圓錐頂部直徑較小，當進給速度較慢時，由擺頭每轉擺輾導致流動的金屬較少，從而使得擺輾的效果較為顯著，在擺輾之初就出現的蘑菇效應。隨著擺輾的進行，原來徑向流動的金屬被新的流動金屬推動，逐漸開始向內卷曲，以致產生金屬折疊現象。這種情況下材料較為聚集，但是金屬折疊缺陷嚴重，直接導致成形件不合格。

2.2 擺輾成形特點

擺輾成形的運動情況和受力情況受到很多因素的影響，比如進給速度和毛坯高徑比都會影響擺輾成形質量。擺輾工藝屬于局部變形，成形過程也會出現一些比較規律的特點。

孵化器是松山湖高新技術產業開發區建設的重要組成部分，在促進科技成果轉化、培育創業企業和創新人才、加快高新技術產業聚集等方面起到了重要作用。為了更好地發揮孵化器的作用，發揮政府政策和扶持資金的引導作用、杠桿作用，為政府下一步制定相關政策和制度提供依據，特針對松山湖開發區34家孵化器、科創局等職能部門開展本次調查工作，以了解孵化器企業的運營管理模式、盈虧情況、市場發展空間等狀況，了解孵化器企業的孵化產品、孵化產業、為孵化企業提供的科技服務等情況，分析孵化器企業發展特點、發展的瓶頸，對進一步完善孵化器服務政策體系提出切實可行的建議。

時代在變化，教育在改革。隨著我國經濟以及各方面實力的不斷壯大，教育的重要性日益顯著，而教育的主要場所是學校，學校的教學環境，班級的學習氛圍決定著學生的學習成績。班級的主要管理員是班主任，在整個班級發展中，班主任管理班級的任務重大，班主任的管理能力直接影響著學生的成長。但隨著時代的不斷變化，班級的管理情況日漸出現了許多問題，使得班級工作管理和學生的學習情況受到一定的影響。因此，提高班主任的管理能力是當前學習環境中亟待解決的問題。筆者就站在前人的肩膀上，對此問題分析出解決方案，希望有助于學校班級管理情況，從而提高教學質量。

當工件較厚時，如果在擺輾過程中每轉進給量較小，那么在達到一定變形量之后，因為工件頂端與上模接觸面積較小，單位軸向應力和切向應力較大，所以鄰近上模的金屬徑向流動較為突出，工件頂端會形成“蘑菇頭”形狀。當每轉進給量較多時，如果上模和工件之間摩擦力較大并貼在一起，則工件發生翹曲，使得工件與下模的接觸面積減小，則靠近下模的工件首先發生變形，則易形成“倒蘑菇頭”。

蘑菇效應的強弱與工件的變形情況緊密相關，當工件的徑向變形較強時，成形過程中擺輾特性較為明顯，蘑菇效應較強；當工件的軸向變形較為突出時，成形過程中的鐓粗特性更加明顯，蘑菇效應也更弱。所以擺輾工藝可以看做是擺輾成形與鐓粗成形的復合成形方式，可以通過控制擺輾過程中擺輾特性與鐓粗特性的比重來控制擺輾成形的蘑菇效應。

培育壯大新動能有利于應對新技術革命。新一輪全球技術革命主要表現為信息技術革命、智能技術革命、新能源技術革命等方面。培育壯大新動能，既可為應對新技術革命培育新企業等創新型主體，又可為應對新技術革命提供新技術等新要素支撐，更可為應對新技術革命提供新制度、新市場等環境。

我國是世界“流產大國”,2015年,我國有985萬多例人工終止妊娠[1]。雖然大多數計劃外妊娠的終止在早孕期,然而某些計劃內妊娠過程中母體全身性疾病的變化、胎兒畸形、宮內死胎等可能被迫在妊娠中晚期行引產術。我國中期妊娠引產仍占人工終止妊娠的5%[2]。

(2)“中心拉薄”現象

工件擺輾變形時，金屬徑向流動，工件中心也會受到拉應力。試驗證明，當工件越薄，擺角越大，每轉的進給量越小，且工件直徑越大越容易產生中心拉薄現象

。

3 半軸擺輾成形數值分析及其優化

3.1 方案設計及參數確定

通過控制進給速度和坯料形狀，可以對比擺輾過程和結果，從工件成形質量以及預測成形缺陷等角度判斷設計合理性，并對各種方案進行對比，優選出最合理的工藝參數組合，本文共設計了兩種坯料形狀和三組進給速度，如表1所示。

半軸在擺輾過程中始終只有部分工件表面與擺頭接觸并發生變形，于是在鍛件的表面存在接觸區域與非接觸區域兩個部分。如圖1所示，圖中的陰影區為接觸變形區域

。

3.2 圓錐形坯料數值模擬

采用SPSS 21.0統計學軟件進行數據分析；計量資料采用（±s）表示，組間比較采用t檢驗；計數資料用[n（%）]表示，比較采用 χ2檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

當進給速度為20mm/s時，圓錐形的坯料的蘑菇效應是比較合適的。雖然金屬流動性能比不上低速的那么流暢，可正是這種阻礙使得圓錐形坯料能夠無折疊的形成毛坯。從成形件初步分析，當進給速度為20mm/s時，圓錐形的坯料綜合成形較好，暫無缺陷產生，有待進一步分析。

當進給速度為30mm/s時，蘑菇頭形狀不明顯，隨著進給量增加，產生了一個又大又扁的圓盤，這表明擺輾的蘑菇效應減弱。這個大面積的圓盤逐漸變大，金屬將無法聚集在下模中，最終金屬會偏移出模具，金屬的流失使得模腔也無法充滿。所以，當選取方案為符合尺寸要求的圓錐形坯料時，進給速度取20mm/s能通過擺輾工藝得到較好的毛坯形狀。

3.3 錐柱形坯料數值模擬

在擺輾過程中，陰影區域為直接與擺頭接觸被施加壓力而發生塑性變形的區域，也被稱之為“主動變形區”。如果ω方向為擺頭公轉方向，則EF為進入擺輾主動變形區的子午面，CD為正在進行擺輾主動變形的子午面，AB為即將退出擺輾主動變形區的子午面。在擺輾過程中金屬會受力流動，流動的金屬會對阻礙它流動的金屬產生力的作用，使得未直接接觸擺頭參與變形的金屬也會產生變形，這些區域稱之為“被動變形區”，如圖1的白色區域。很明顯，在EF子午面之前的金屬被動變形最為嚴重。

當進給速度為20mm/s時，擺輾前期在擺輾圓錐部分成形還好，但擺輾到圓柱部分時擺輾形成的蘑菇頭明顯，使得蘑菇頭被進給的圓柱坯料擠壓而逐漸變平，形成了大圓盤。直徑過大的圓盤加上進給速度過大時產生的材料偏移現象，使得金屬材料更加容易溢出模腔，最后產生模腔內充不滿而模具外又有坯料的情況。

當進給速度為30mm/s時，擺輾中的蘑菇效應大大減弱，材料偏移嚴重，坯料中心線傾斜程度高。隨著進給速度的增加，可以觀察到金屬的徑向流動并不明顯，這說明成形過程中的擺輾成分較低。而金屬的軸向變形較為突出，同時坯料的偏移較為嚴重，模腔無法充滿，并伴隨有折疊現象的發生，成形質量低下。

縱觀不同方案的坯料在不同進給速度的情況下都呈現一個趨勢：擺輾速度越大，擺輾中的蘑菇效應越不明顯，并且材料流動更加不均勻，材料偏移越嚴重，擺輾成形力越大。所以，當選取方案為符合尺寸要求的錐柱形坯料時，進給速度取10mm/s能通過擺輾工藝得到較好的毛坯形狀。

3.4 方案比較和工藝優化

在經過模擬分析對比后，得出了兩組較為良好的數據，分別是進給速度為20mm/s的圓錐形坯料，進給速度為10mm/s的錐柱形坯料。進一步分析圓錐形坯料在20mm/s時的成形過程，發現在擺輾過程中，有一部分坯料仍然偏移出了模腔，并在后來的成形中形成飛邊，且金屬的流失卻導致整個坯料在后面的成形中無法充滿模腔，如圖9所示。但錐柱形坯料無此現象產生，因此錐柱結合形坯料在進給速度為10mm/s的情況下成形情況最好，模擬成形終鍛毛坯見圖10，建議選取該組參數作為優化后的工藝參數。

4 結論

(1)使用擺輾工藝進行半軸毛坯鍛造可以形成精度較高，質量較好的鍛件。

(2)使用有限元數值分析的方法可以有效研究半軸擺輾工藝成形過程，預測鍛件缺陷，完成設計方案選擇，且成本低，效率高。

(3)經過對圓錐形坯料和錐柱形坯料三種進給速度下的數值模擬，對比結果顯示，錐柱結合形坯料在進給速度為10mm/s的情況下成形情況最好，擺輾工藝參數得到優化。

[1]王欣芳．汽車半軸熱擺輾工藝及成形質量的研究[D]．合肥工業大學，2014．

[2]李和平，金曼曼．汽車半軸擺輾新工藝及模具設計[J]．模具工業，2004． (5)：35-36．

[3]趙靜，束學道，胡正寰．汽車半軸成形技術研究現狀及展望[J]．冶金設備，2004．(148)．32-34 ．

[4]李和平，袁昕．汽車半軸擺輾新工藝及模具壽命研究[J]．鍛壓技術，2007，32(1):75-78 ．

[5]陳荷，龔小濤．汽車半軸熱擺輾成形凹模溫度場有限元分析[J]．鍛壓技術，2015-9：125-127．

[6]孫繼旺，付建華，李永堂．基于Deform-3D的后橋半軸擺輾新工藝分析[J]．鍛壓技術，2009-6：160-163．

[7]G. Liu ， S.J. Yuan， Z.R. Wang，D.C. Zhou．Explanation of the mushroom Effect in the rotary forging of a cylinder[J]．Journal of Materials Processing Technology ，2004：178-182．

[8]羅征志，曹建國．擺動輾壓成形工藝研究現狀即發展[J]．鍛壓技術，2010-4:13-16．