基于六西格玛转向节轴套热挤压工艺参数模拟优化

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1、基于六西格玛转向节轴套热挤压工艺参数模拟优化　　摘要：转向节轴套热挤压工艺参数是决定挤压件质量的关键，文章运用六西格玛DMAIC改进流程对热挤压工艺参数进行优化。通过对热挤压件质量问题界定、测量，运用DEFORM软件针对热挤压成型过程进行模拟分析，通过对挤压温度、挤压速度和摩擦因子这三项参数进行优化，从而提高产品质量，为实际生产提供理论依据。关键词：六西格玛；转向节轴套；DEFORM；优化中图分类号：TG376文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）07-0060-020引言六西格玛管理作为一种基于统计学技术流程和产品质量的改进

2、方法，为了对产品和流程进行持续改进，通过理念、文化和方法体系的系统集成最大限度的消除缺陷以及无增值作业，从而有效降低了成本，不仅为客户创造了完美的价值，同时以追求卓越的绩效和客户完全满意，从而提高企业的竞争力和盈利水平。转向节作为汽车转向桥的主要零件之一，承载汽车的前部荷载、支承并带动前轮绕主销转动从而促使汽车转向是其所具有的功用，由于在汽车行驶的过程中需要承受多变的冲击荷载，因此，对其质量要求越来越高。7本文主要运用六西格玛DMAIC流程对转向节轴套热挤压成型质量问题进行系统研究及改进，通过对这一问题界定、测量、针对测量结果对根本性原因进行

3、分析，然后找出影响热挤压成型质量的真正原因并对其进行整改，将整改后情况进行总结，对取得的结果进行评估。1定义金属材料在塑性变形过程中，由于伴有拉伸引力，会有损伤劣化。从力学观点来讲，损伤可看作是影响材料强度的状态变量，材料强度是指在有效引力意义下的变形强度和破坏强度，状态变量就是损伤的损伤变量。在数值模拟的结果中分析损伤因子，可以确定挤压件表面是否有裂纹或者是否可能发生断裂。所以，热挤压成型件损伤因子的大小直接影响着该产品的质量。而损伤因子主要由各工艺参数决定，故该项目的目标定为：通过确定更加合理的工艺参数，实现数值模拟获得的破坏因子值在安全

4、范围（0-0.6）以内且尽可能小。2项目测量7在项目的工作过程中，测量作为一个关键性环节，以事实和数据驱动管理是其主要的特点。作为DMAIC过程的第二个阶段，在界定阶段工作的基础上进一步明确哪些参数影响损伤因素是此阶段的重点工作。通过分析热挤压过程从而找出参数的波动规律，不仅能够揭示过程的改进空间，还能够对实现项目目标的可能途径和改进方向进行识别。测量阶段的任务是将所有认为对损伤因子有影响的工艺参数全部列出来。运用DEFORM软件数值模拟并通过因果矩阵进行分析，选出对损伤因子有影响的参数，并对这些参数进行权重打分。通过数值模拟，将三项主要参数

5、作为项目研究的重点，并对这三项参数进行改进并反复进行数值模拟，以期得到更为精确的对损伤因子有关键影响的因素。3分析及改进根据各参数所占权重值，最终确定挤压温度、挤压速度、摩擦因子这三项参数为关键影响因素，改进内容是对一项参数按不同指标进行控制，然后跟踪损伤因子。3.1挤压温度挤压速度为5mm/s，摩擦因子为μ=0.15，挤压温度分别为1150℃、1200℃、1250℃。在热挤压成形的过程中，材料的成形性、变形力以及成形后产品的性能、表面质量等都会受到变形温度的影响。当温度过低时，由于材料变形抗力较大，从而降低了模具的寿命，因此，模具难以充填完

6、整以及增加挤压力；如果温度过高，不仅坯料的表层会氧化过快，并且还会降低成形后工件表面的质量，此外，模具的寿命会随着挤压时凸模温度的升高而降低，因此，正确选择热挤压温度十分重要。7制造转向节轴套的材料为40Cr，其热挤压温度范围为870-1530℃，挤压温度要严格控制，考虑到现有的设备条件和经验，对工艺方案进行模拟，结果分析如下：图2是不同变形温度下损伤因子。可以看出：当变形温度为1150℃、1200℃和1250℃时，对应的损伤因子分别为：0.12、0.135、0.146，都在安全范围0-0.2之内，且温度越低，损伤因子越小，越不易使挤压件产生

7、裂纹。随着温度升高，挤压件成形所需载荷值下降。挤压力随着变形温度的上升呈下降趋势，同时挤压力的峰值也减小，稳定阶段挤压力也随之减小，最大等效应力集中在凸模圆角处；随着凸模行程的增加，挤压力逐步减小，这是由于温度升高，金属发生软化，塑性提高，变形抗力降低，导致挤压力也随之减少。由以上分析可知，挤压温度越高，挤压力越小，但是损伤因子却越大，挤压件容易产生裂纹；同时，温度过高会使得挤压件材料发生过烧或氧化现象，影响挤压件的成形质量；综合考虑挤压力及模具寿命等因素，拟选取1050℃左右为最佳挤压温度范围。3.2挤压速度挤压温度为1050℃，摩擦因子为

8、μ=0.15，挤压速度分别为5mm/s、10mm/s、15mm/s；对工艺方案模拟结果分析如下：挤压速度为5mm/s、10mm/s和15mm/s时，随着挤压速度的增