重型汽车推力杆球头精密挤压成形过程数值模拟

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1、文章编号：1672—0121(2014)02—0051-05重型汽车推力杆球头精密挤压成形过程数值模拟沈振杰，冯再新，王剑(中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051)摘要：重型汽车推力杆球头的精密挤压工艺是一项新工艺，为改善球头挤压成形时的整体质量，利用Deform一3D数值模拟软件，研究模具间隙大小d及模口圆角r对球头变形过程中的流动特性及成形效果的影响，并对两者进行优化。在有限元分析过程中，改变凸凹模间隙大小及模口圆角尺寸，模拟在一定的边界条件(毛坯温度、模具温度、冲头速度)下，模具结构(凸凹模间隙、模口圆

2、角)变化对球头挤压力、成形效果、应力分布及模口处金属流速等因素的影响，并通过物理模拟试验验证。研究结果表明：当凸凹模间隙d=2．5mm，模口圆角尺寸／'-~6mm时，球头整体质量最佳。关键词：挤压成形；推力杆球头；数值模拟；模具间隙；模口圆角中图分类号：TG376．2文献标识码：A重型汽车推力杆机构是汽车悬架系统中的关键用，也可防止模口磨损，材料溢出l3l。而针对无缝钢管部件，用于承受汽车的纵向力、侧向力和力矩，主要单通道侧向成形的挤压方式，若采用传统模具间隙，由球头、球铰和套管组成。目前球头部分一般采用浇会导致金属流

3、动性不好，部分区域变形力过大，出现注工艺成形，铸造生产的天然缺陷，使成形后球头易模具磨损过快等问题。因此需改变凸凹模间隙d，使产生松动、断裂、寿命短等问题【1J。因此设计一种精密其作为溢流口，对确保金属流动性良好、减少变形挤压成形工艺，对改善球头性能、提高球头寿命有非力、保证模具寿命起到重要作用。传统模具圆角部常显著作用。重型汽车某型号推力杆球头结构截面位一般与成形后零件所需尺寸一致，可以起到减少形状及尺寸如图1所后续机加工、降低成本的作用。而球头侧向成形时，示。近年来，由于重型汽为确保金属塑性变形良好，减少折叠、褶皱

4、的产生，车往“重载化、轻量化”达到所需成形效果，需要对模口圆角r进行优化。模发展，对于重量轻、性能景口圆角过小，会导致金属流动困难，圆角区域出现空好，同时又不影响实际隙、折叠等缺陷，侧向成形困难，尺寸难以掌握；模口使用效果的汽车零件的圆角过大，会造成材料浪费，增加后续机加工成本_5I。需求越来越迫切网，所以正挤压使金属发生单通道侧向变形的方式是一研究合理的推力杆球头个比较复杂的金属流动过程同，难以用实验的方法进精密挤压512艺，优化模行定量研究。在研究者对各种挤压方式研究的过程具结构，对于提高球头中，往往忽视凸凹模尺寸

5、间隙及模口部位圆角尺寸质量具有重要意义。图1推力杆球头截面形状和尺寸大小对成形效果的影响，因而两者尺寸的设计主要推力杆球头挤压方式为正挤压，坯料为退火态依赖于经验，需要反复修模，导致产品质量降低、成45钢无缝钢管，由于成形方式为单通道侧向成形，本提高同。因此，采用有限元数值模拟手段进行因此为方便卸料，模具结构为分模锻造。传统正挤压研究很有必要。凸凹模间隙一般为0．02ram，既可起到模口导向作基于上述背景，本文旨在利用有限元数值方法通过单一改变凸凹模间隙大小d和单一改基金项目：山西省科技攻关项目(20120321035

6、—04)口圆角尺寸r两种方式，模拟研究出两者分别收稿日期：2014—02—09作者简介：沈振杰(1988一)，男，硕士，研究员，从事金属精密成形技术力杆球头挤压过程的影响规律，为优化模具结研究供理论基础，综合考虑挤压力大小、成形效果、分布及模口处金属流速等因素，对凸凹模间隙大小表1有限元模型参数设置及模口部位圆角尺寸进行优化设计。类别参数数值外径／ram1101推力杆球头精密挤压成形机理及有限元模型建坯料参数内径／ram70-,Or高度／mm1201．1推力杆球头精密挤压成形机理弹性模量／GPa21O图1所示推力杆球头

7、，其坯料为外径1lOmm、比热容／(J·Kg。·K。)452内径90mm、高度120mm的退火态45钢无缝钢管。材料参数泊松比0．3其精密挤压成形原理如图2所示，在感应炉中将坯密度／(g·em)7．85料加热至再结晶温度以上1000～1100℃之间罔，置于熔点／℃1495凹模，凸模以一定速度与坯料接触后对坯料进行挤环境温度20压，当凸模与坯料接触后再向下位移45ram，即可使坯料温度／℃1100边界条件模具温度／℃400坯料塑性变形基挤压速度／ram10本完成，当凸模复ll感应加热摩擦系数0-3位后，用顶杆将凹模与21

8、2件一起顶l6ram、12mm、18mm，此下料时凸凹模间隙大小为出，凹模沿分型面0．02mm不变。分开后，将工件取坯料在感应加热出，即可得到尺寸加工成形完成后，经过5s夹持精度极高的推力至凹模，再经3s后坯杆球头半成品件。图2推力杆球头精密挤压成形过程原理料与冲头接触实现挤1．2有限元模型建立图4推力杆球头有限元几何模型压成形。