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1、十字轴锻造成形工艺研究及模具设计摘 要近几年，随着经济和汽车行业的快速发展，十字轴作为传动系统的重要组成部分，应用越来越广泛，地位也越来越重要。 本文主要以十字轴为研究对象，十字轴是汽车底盘中的一个十分重要的传力零件，产品质量要求高，形状复杂。以目前国内普遍应用的热锻工艺为研究前提，运用UG、DEFORM-3D软件系统的研究十字轴的成形过程和模具设计。 首先采用UG或Pro/E三维造型软件对十字轴进行三维实体化造型。利用DEFORM-3D有限元模拟软件对十字轴的成形过程进行模拟。分析应力状态和载荷-行程曲线。基于模拟结果，分析十字轴预锻成形过程中所出现的问题，提出模具设计的改进建议。从数学模型
2、上给出了指导，得出了优化的工艺参数，设计出合理的模具型腔。利用UG的实体造型功能建立十字轴的三维模型。关键词：十字轴；数值模拟；预锻变形；有限元；成形工艺. . .Study on Forming Process and Die Design for Crossing ShaftABSTRACTIn recent years, with the development of economy and automotive industry, as the main basis of mechanical parts, the cross shaft of an ever-increasing s
3、tatus is also becoming increasingly important. This article mainly takes cross shaft as the research object. The cross shaft is automobile chassis of a very important force transmission parts, products of high quality requirements, complex shape.UG, DEFORM-3D as a platform, and has done some researc
4、h on mould design and FEM simulation, on the base of forge hot process which is widely used in local plant. First, using UG or Pro/E three-dimensional modeling software for 3D modeling of the cross shaft.The finite element simulation software DEFORM-3D is used to simulate the forming process of the
5、cross shaft. And analysis the stress distribution and the metal load-trip curve. According to the result of the simulation, the problem in the Pre-forging has been analysed with some instructive suggestions for die designing put forward. Guidance is given from the mathematical model, then the optimi
6、zed parameters, design of mould cavity and reasonable. A three-dimensional model of cross shaft using a solid modeling function of UG.Key Words: cross shaft；numerical simulation；Pre-forging process；finite element method；forming process 目 录摘 要IABSTRACTII引 言- 1 -第1章绪 论- 2 -1.1研究现状和发展趋势- 2 -1.2研究意义（价值）
7、及主要内容- 3 -第2章设计研究方案- 4 -2.1对课题的认识- 4 -2.2课题的研究方法- 5 -2.3热模锻成形工艺- 6 -2.3.1模锻的特点- 6 -2.3.2模锻的分类- 6 -2.3.3开式模锻工艺- 6 -2.4影响金属成形的因素- 7 -2.5UG简介- 8 -2.5.1UG产品概述- 8 -2.5.2UG主要技术特点- 9 -2.5.3本课题有关UG的运用- 9 -2.6DEFORM-3D简介- 10 -2.6.1DEFORM的特点- 10 -2.6.2DEFORM模型的建立- 10 -第3章十字轴模具设计- 12 -3.1十字轴锻件几何尺寸分析- 12 -3.2终锻
8、模的设计- 14 -3.2.1分模面的制定- 14 -3.2.2模块的结构- 14 -3.2.3飞边的选用- 14 -3.2.4锁扣设计- 15 -3.2.5坯料体积计算- 17 -3.3预锻模的设计- 18 -第4章十字轴模具总装配图- 22 -4.1模架的选取- 22 -4.2热模锻压力机的选用- 26 -4.3模具总装配图- 27 -第5章结论与展望- 29 -致谢- 30 -主要参考文献- 31 -附录- 32 -插图清单图2-1 常见十字轴零件图和模锻件图- 4 -图2-2 十字轴零件图- 5 -图2-3 十字轴冷锻件图- 5 -图3-1 十字轴冷锻件图尺寸- 12 -图3-2 十字
9、轴热锻件图尺寸- 13 -图3-3 十字轴热锻件三维图- 14 -图3-4 飞边的结构形式- 15 -图3-5 四角锁扣- 15 -图3-6 终锻模上模- 16 -图3-7 终锻模下模- 16 -图3-8 坯料- 17 -图3-9 成形过程金属流动模型- 18 -图3-10 坯料镦粗- 18 -图3-11 传统工艺下的预锻模腔- 19 -图3-12 改进后的预锻型腔- 20 -图3-13 传统工艺下预锻结束和终锻结束- 20 -图3-14 改进后预锻结束和终锻结束- 20 -图4-1 中间导柱模架- 22 -图4-2 中间导柱上模座- 23 -图4-3 中间导柱下模座- 24 -图4-4 A型
10、导柱和导套- 25 -图4-5 模具总装配三维图- 27 -图4-6 十字轴模具装配图- 28 -表格清单表4-1 中间导柱上模座结构参数- 23 -表4-2 中间导柱下模座结构参数- 24 -表 4-3 导柱结构参数- 25 -表4-4 导套结构参数- 26 -. . .引 言随着我国经济的快速发展，人们对物质上的需求，再加上国际竞争日益激烈，各国在努力发展自身经济的同时，在关乎本国自身安全的领域也纷纷马不停蹄的研究开发，在这些领域中，最重要的莫属制造业了，一个国家制造业的发展水平，技术含量，直接影响到这个国家的整体命运。与发达国家相比，我国的制造业发展水平还有一定差距，还需要大量引进先进技
11、术，这使我国的发展从根本上看处在被动地位，因此可以说对制造业的发展研究就显得重中之重。本课题是在这个大的背景赋予的精神下深入到我们日常生活中的一个常见领域展开研究的，近几年，我国汽车制造业可以说是我国制造业发展的代表，大部分国外厂商的注入，国有品牌的崛起，共同满足着我国国民对私家车日益增长的需求。而汽车转向节中的十字轴正是汽车转向系统中必不可少的组成部分，而且承担着重要分量的安全责任。在传动装置中，载荷对结构有很高的要求，人们对速度、稳定性的追求，使载荷不断的增大，在结构上不可避免的产生应力集中，而十字轴的轴头尺寸又相对很小，这样，就使十字轴成为汽车安全稳定性的一个重要因素，也因此对其加工制造
12、的工艺有较高的要求。 而DEFORM-3D是一种基于工艺模拟系统的有限元系统，专门用于分析各种金属成形过程中的三维流动，提供很有价值的工艺分析数据，及有关成形过程中的材料和温度流动，通过模拟处理，可以从一定的程度预见工艺过程和效果，并在模拟中改进工艺，从而为实际生产提供最大的便利，节省开发时间，空间，节约成本。计算机广泛发展以来，实际生产与数字化联系日益紧密，各国纷纷大力发展数字化技术，可以说将实际生产数字化会从根本上改变制造业的生产模式和管理模式，有上千年历史的制造业也进入了一个全新的时期。因此实际生产数字化的重要性不言而喻。第1章 绪 论1.1 研究现状和发展趋势万向联轴器，具有传递扭矩大
13、、使用寿命长、应用范围广等特点。主要应用于轧机主传动和辅机传动，也适用于起重、矿山、工程、车辆运输、石油、船舶、造纸机械及其它重型机械行业。特别对冶金工业的技术改造及机械产品的更新换代提供了有利条件，采用这种新型机械基础条件将会大幅度提高作业率而获得很大的经济效益。我国目前常用的联轴器有：梅花万向接轴、滑块万向接轴、弧形齿接轴及十字轴式万向联轴器。梅花万向接轴和弧形齿接轴许用倾角小；滑块式万向接轴润滑条件差；十字轴式万向联轴器转动平稳、效率高、许用倾角大、润滑维护简便。十字轴式万向联轴器具有广阔的市场，年需求量很大。按目前情况分析，不算进口，其年销售量也在二亿人民币左右。因国内产品质量的不稳定
14、，再者有些大型设备中的主传动轴一时还无法达到要求，故失去了一部分市场。这部分市场所占数量虽然不大，但产值却很高，约占总销量的 30左右。为了减少进口和扩大出口，增加年销售量，对现有产品须进行不断的改进，提高其技术水平和产品质量，最大限度的占有市场。由于十字轴式万向联轴器的应用范围在不断地扩大，而它本身又是更换件，都需备品备件，其需求量也会逐年增加。十字轴式万向联轴器的主要构件由主、被动叉头与十字包组成 ,传递动力的中间受力元件为十字轴。列入国家标准的十字轴式万向联轴器有 JB5513SWC 型整体叉头十字轴式万向联轴器、JB3241 SWP 型剖分轴承座十字轴式万向联轴器和 JB3242 SW
15、Z 型整体轴承座十字轴式万向联轴器。SWP 型剖分轴承座十字轴式万向联轴器和 SWZ 型整体轴承座十字轴式万向联轴器，对十字轴的装配比较方便，同时为十字轴的尺寸设计提供了较大的选择空间，但由于连结的环节较多，工作中故障率较高，使工作的可靠性受到影响，因此选择时受到限制，应用较少；SWC 型整体叉头十字轴式万向联轴器中的十字轴 (十字包) 采用无螺栓联接，由于连接环节减少，降低了故障率，工作比较可靠，因此使用较普遍。十字轴式万向联轴器我国已制订了三项标准：即 JB 3241-91SWP 型剖分轴承座十字轴式万向联轴器、JB/T 3242-93SWZ 型整体轴承座十字轴式万向联轴器和 JB 5513-91SWC 型整体叉头十字轴式万向联轴器，这是当前
