[01825711]颤振塑性成形关键技术及产业化应用

随着中国汽车工业的飞速发展,汽车零部件的批量越来越大,冷挤压技术也在此大显身手,越来越多的汽车零部件要求由切削工艺改为冷挤压加工。种类覆盖了离合器结合齿圈、变速器同步器锁环、变速器斜齿轮、差速器行星齿轮和半轴齿轮、万向节十字轴、汽车空调螺旋压缩器涡盘和花键轴等。然而冷挤压上述零部件,由于其成形精度有要求、形状较为复杂、流动应力较大,若挤压设备吨位不足,极易导致挤压出来的零件形状产生缺陷,同时巨大的变形抗力对模具材料和寿命也提出了更严酷的要求。因此,业内把这些零部件称为所谓的“难成形零件”,冷挤压这些零部件需要大吨位的压力机,而后者高昂的价格使得企业往往难以承受。因此,“难成形零件”的冷挤压技术已成为阻碍我国汽车零部件产业发展的一个主要问题。 课题组以万向节套杯等汽车零配件为研究对象,将具有振动频率高、功率密度高、输出力大、振幅小等优点的电液颤振技术引入金属塑性成形加工中。运用Deform软件对之在常规挤压及颤振挤压两种方式下的成形状况进行数值模拟仿真,获得了传统挤压及颤振激励下,成形件的载荷、金属流动、温度场及应力分布,对颤振减摩降载机理进行了分析,基于神经网络、遗传算法等多种优化方法,对颤振参数进行了优化,设计了万向节套杯的高频颤振挤压模具,随后利用ANSYS软件对颤振台进行有限元分析,通过静力学分别分析其弹性端盖在有无挤压载荷时出现的变形量,确定颤振台的工作条件,通过模态分析,分析颤振台可能出现的各阶振型和频率。最后进行颤振台、模具零部件加工与装配调试等工作。2013年起开始我们将高频颤振挤压模具送至相关汽车配件制造公司进行实际应用,经YSR-650 型冷挤压液压机对材料为20Cr的万向节套杯成形的颤振挤压测试,结果表明通过施加轴向颤振激励可使成形压力降低15%左右,并且金相组织分析表明,具有更平滑的金属流线分布,金属表面硬度显著提高。 课题研究至今,申报并授权专利23项,其中授权发明专利11项;共发表/录用相关学术论文15篇、其中SCI/EI收录6篇;出站博士后1名,培养博士研究生1名,硕士10名;相关企业采用该项技术生产的汽车配件,近三年生产总值达到10000万元。