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塑性工程学报:面向轴向冷挤成形件组织性能的成形装备设计方法

2022-08-05
摘要:本文以花键轴类零件为研究对象,将振动引入模具加工运动中,通过正交试验方法,实现冷挤过程中变形行为和晶粒演变的跨尺度分析,并构建冷挤压成形机床,得到宏观机械参数设计与微观材料组织分析结合的装备设计方法。

  【作 者】 陈思远;王勇;赵小勇;段家琦;张鹏;周庆成

  【引 言】

  花键轴具有可提供轴向固定和传递扭矩等优点,在相关领域内被广泛应用,对于花键轴的精度和组织性能要求也不断提高[1]。在冷挤压成形加工时,花键轴会产生较大的成形力,过大的载荷会使坯料产生变形甚至造成花键轴的断裂。坯料对模具产生的反作用力在增加模具磨损的同时也影响了成形精度。机床模具和工艺过程参数又决定了成形件的组织性能,因此将成形装备模具及工艺过程的宏观参数与成形件组织性能的微观参数进行一体化考证,并最终形成新的成形装备设计方法,该方法具有理论和应用意义。

  在已有研究中,超声振动影响机理[2]、轴向进给增量式滚轧成形[3]、元启发式算法优化[4]、模具轴承几何参数影响规律[5]、模具与出模装配设计与优化[61以及冲头推入方式设计[7]等在塑性成形宏观参数设计方面获得较多研究;振动挤压微观组织分析和硬度测试[8]、元胞自动机建模法[9]、高频振动时效微观机理[10]以及复合材料组织和力学性能分析[11]等在振动成形微观参数分析方面同样有诸多研究。但在利用宏微观设计参数优化成形件组织性能方面鲜有研究。

  本文以花键轴类零件为研究对象,将振动引入模具加工运动中,通过正交试验方法,实现冷挤过程中变形行为和晶粒演变的跨尺度分析,并构建冷挤压成形机床,得到宏观机械参数设计与微观材料组织分析结合的装备设计方法。通过试验检测成形载荷、微观组织和力学性能,验证设计方法的有效性,为提高花键轴组织性能提供了装备和工艺设计的理论依据。

  【结 论】

  (1)提出了一种宏观机械参数设计与微观材料组织分析结合的成形装备设计理论方法。

  (2)花键挤压成形力受前进行程影响最大,回退行程次之,振动频率最小;晶粒平均尺寸受振动频率影响最大,前进行程次之,回退行程最小。

  (3)在相同频率下,前进与回退行程差越小,产生的挤压成形载荷越小,同时微观尺度内坯料晶粒尺寸更小且分布更为均匀。

  (4)根据各因素对宏微观参数的影响规律构建振动挤压花键成形装备的主体结构及模具设计,并对所设计的振动挤压机床进行模态分析,验证了设计的可行性,为挤压成形装备结构与工艺设计提供了借鉴和参考。

  (5)通过试验验证发现,采用合适的凹模参数并施加已优化的轴向振动冷挤压工艺可以增强成形件的屈服强度和硬度,提高成形件组织性能。

  以下是正文:

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标签: 成形