CN105512426B - 一种减少三销架冷锻成形坯料下料量的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种减少三销架冷锻成形坯料下料量的设计方法。主要包括如下步骤：1)根据零件图，计算出理论下料量H1，与实际下料量H2之间的差值ΔH；2)运用SOLIDWORKS建立三维实体模型；3)通过DEFORM‑3D有限元模拟软件对三销架成形过程进行有限元模拟，使ΔH逐渐减小，直至H2接近于H1；4)对优化过后的坯料量为HX的有限元模型进行等效应力、等效应变、载荷‑位移曲线分析，改变模具圆角R、拔模斜度V等工艺参数，使成形后的零件符合生产要求。本发明可准确分析三销架冷锻成形中金属的流动以及合理的成形工艺参数，减少坯料下料量，同时深冷处理过后的零件显微硬度和强度显著提高，且具有良好的塑性。

Description

一种减少三销架冷锻成形坯料下料量的设计方法
技术领域
本发明属于三销架的工艺改进领域，尤其是三销架冷锻成形坯料下料量的优化，以及20Cr三销架成形后深冷处理改进性能的工艺方法。
背景技术
等速万向节是轿车传动系统的关键零部件之一，被国家列为重点扶持的关键零部件项目。轿车的传动系统对万向节传动精度、驱动力矩、承载能力都有严格的要求，对万向节的需求量也很大，万向节又是安全件，因此其主要零部件都要求采用精密模锻加工。三球销式等速万向节是一种新型的轴向移动机构，三销架是三球销式等速万向节的重要部件，其几何形状复杂，尺寸精度、机械性能以及外形结构均要求很高。
三销架在冷锻成形中，成形过程难控制，销轴根部不易填充，且涉及诸多加工参数，例如工件及模具的型腔形状、几何尺寸、材料性能、摩擦边界条件及摩擦引起的温度升高等。因此，难以用理论解析方法来对成形过程进行求解。物理模拟与试验分析都有各自的局限性，采用有限元模拟三销架成形过程就显得尤为重要。
现有的调试模具设计参数的方法是生产，机械测试，调整，反复循环、调试的一个生产过程，最终才能得到优化的模具参数。无法在使用CAD技术制完模具图以及零件图后，直接调试得到所需的加工切削量小、无成形缺陷的模具尺寸。并且，不能及时的在设计阶段指导机械零件的模具优化设计，从而大大增加产品的开发周期和开发成本。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种减少三销架坯料下料量的设计方法，解决现有技术中三销架存在的繁琐的后续机加工过程，最大限度的节约成本，同时，在不改变样品形状和尺寸的情况下，采用深冷处理，使三销架获得更优良的综合力学性能。本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
所述一种减少三销架冷锻成形坯料下料量的设计方法，采用以下步骤：
步骤1：根据零件图，计算出理论下料量H1，与实际下料量H2之间的差值ΔH；
步骤2：采用三维建模软件SOLIDWORKS建立零件的三维模型；
步骤3：设置DEFORM-3D有限元模拟参数，通过DEFORM-3D有限元模拟软件对三销架成形过程进行有限元模拟，反复模拟调试，使ΔH逐渐减小，直至H2接近于H1；
步骤4：对优化过后的坯料量为HX的有限元模型进行等效应力、等效应变、载荷-位移曲线分析，改变模具工艺参数，使成形后的零件符合生产要求。
步骤1中，所述的坯料理论下料量H1为φ32×54mm,实际下料量H2为φ32×59mm,ΔH为5mm。
步骤2中，将采用SOLIDWORKS建立的零件三维模型保存为.STL格式。
步骤3中，所述的DEFORM-3D有限元模拟参数的设置，初始温度为20℃，坯料材料为20Cr(美国钢号为5120)，模具材料为Cr12MoV，冲孔连皮厚度为4mm，接触容差为0.0337mm，位移增量步△S为0.237mm，坯料网格数为60000，模拟步数为130，储存间隔步数为5。
步骤4中，优化后的模具的工艺参数为拔模斜度为12°，摩擦系数为0.1，顶杆速度为20mm/s，模具圆角半径R1、R2分别为2mm、10mm。
本发明还包括步骤5，当坯料材料为20Cr时，将成形后的20Cr三销架零件进行深冷处理为：浸泡在液氮中40～50min。
本发明的有益效果
本发明采用的减少三销架坯料下料量的方法，可以节省原材料，减少后续的机加工，深冷处理可以进一步优化材料的力学性能，本方法采用的经过深冷处理的20Cr的三销架的综合力学性能明显高于普通的20Cr钢，且制备工艺简单，大大降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明所述的三销架冷锻成形优化的步骤图。
图2为三销架的三维实体模具装配图。
图3为三销架的三维实体模型图。
图4为三销架的三维实体顶杆图。
附图标记说明如下：图4中，D表示顶杆凸台的直径，V表示拔模斜度，R1表示顶杆上圆角半径，R2表示顶杆下圆角半径。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实例中一种减少三销架冷锻成形坯料下料量工艺方法，包括如下步骤：
步骤1：根据零件图，计算出理论下料量H1，与实际下料量H2之间的差值ΔH；
步骤2：采用三维建模软件SOLIDWORKS建立零件的三维模型；
步骤3：通过DEFORM-3D有限元模拟软件对三销架成形过程进行有限元模拟，使H2逐渐减小ΔH1、ΔH2、ΔH3....直至接近于H1；
步骤4：对最终坯料量为H1的有限元模型进行等效应力、等效应变、载荷-位移曲线分析，改变模具工艺参数，使成形后的零件符合生产要求；
对模拟优化后的零件进行生产加工，验证优化后的尺寸既满足要求，又节约了原材料。对优化后的零件测试其显微硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率。
实施例2
对模拟优化后的零件进行生产加工，加工后的零件进行深冷处理，浸泡在液氮中40min，再测试其显微硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率。
比较实施例2与实施例1所得到的三销架零件的显微硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率，发现经过深冷处理的20Cr三销架零件各项力学性能均有明显提高。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种减少三销架冷锻成形坯料下料量的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据零件图，计算出理论下料量H1，与实际下料量H2之间的差值为ΔH；
步骤2：采用三维建模软件SOLIDWORKS建立零件的三维模型；
步骤3：设置DEFORM-3D有限元模拟参数，通过DEFORM-3D有限元模拟软件对三销架成形过程进行有限元模拟，反复模拟调试，使ΔH逐渐减小，直至H2接近于H1；
步骤4：对优化过后的坯料量为HX的有限元模型进行等效应力、等效应变、载荷-位移曲线分析，改变模具工艺参数，使成形后的零件符合生产要求。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤1中，所述的坯料理论下料量H1为φ32×54mm,实际下料量H2为φ32×59mm,ΔH为5mm。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤2中，将采用SOLIDWORKS建立的零件三维模型保存为.STL格式。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤3中，所述的DEFORM-3D有限元模拟参数设置为：初始温度为20℃，坯料材料为20Cr，模具材料为Cr12MoV，冲孔连皮厚度为4mm，接触容差为0.0337mm，位移增量步△S为0.237mm，坯料网格数为60000，模拟步数为130，储存间隔步数为5。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤4中，优化后的模具的工艺参数为拔模斜度为12°，摩擦系数为0.1，顶杆速度为20mm/s，模具圆角半径R1、R2分别为2mm、10mm。
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