离合器外齿毂冷挤压成形工艺参数多目标优化

发布时间：2025-07-01 22:54

　　 针对某汽车离合器外齿毂冷挤压成形中出现的成形载荷大、材料利用率低和内花键圆角填充不饱满的缺陷,采用中心复合试验设计建立以入模半角、坯料壁厚、定径带长度和摩擦因子为优化变量,以成形载荷、坯料体积和内花键圆角间隙为优化目标的二阶响应面模型,并运用基于Pareto解的多目标遗传算法对模型迭代寻优,获得一组最优工艺参数:入模半角为26°、坯料壁厚为6. 8 mm、定径带长度为10 mm及摩擦因子为0. 10。有限元模拟和工艺试验验证结果表明:采用最优工艺参数能有效降低成形载荷并提高材料利用率,内花键圆角填充效果也得到了明显改善。试验结果与模拟结果基本吻合,验证了该优化方法的正确性。

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【部分图文】：

图1 离合器外齿毂零件图

本文研究的离合器外齿毂如图1所示，该零件属于高径比小、壁厚不均匀的台阶筒形件，台阶上端筒壁为5.1mm厚的等节距梯形内花键，台阶下端为3.45mm厚的直壁圆筒，筒底中心孔有厚度为3.75mm、高度为3.2mm的下凸缘。该零件的冷挤压成形工艺方案为:下料—热锻预制坯料—粗车....

图4 外齿毂内花键半齿受力分析图

为了方便研究造成外齿毂内花键圆角填充不饱满的主要影响因素，取1/2齿进行受力分析，如图4所示。在A点处以该点的圆周切向为X轴、垂直于切向的方向为Y轴建立直角坐标系，凸模作用在A点会对坯料产生沿X轴正方向的切向推力Ft，同时在切向推力的作用下坯料向X轴正方向流动而受到模具的摩擦阻力....

图5 内花键冷挤压有限元模型

由于零件结构对称，为了简化有限元仿真的计算量，选取一个单齿为模拟对象。利用DEFORM-3D有限元软件进行数值模拟，将坯料定义为塑性体，坯料材料为AISI-4120，网格数量40000个，网格类型为四面体，将模具定义为刚体，摩擦类型为剪切摩擦，模具与坯料间的摩擦因子为0.12，凸....

图6 成形载荷的三维曲面图(a)和等高线图(b)

图7所示为定径带长度为15mm、摩擦因子为0.12时，入模半角与坯料厚度变化下坯料体积的三维曲面图和等高线图。从图7可知，对于变量入模半角，响应目标坯料体积随着入模半解的增大而逐渐减小。这是因为在保证内花键齿形最小有效长度29mm的条件下，随着坯料厚度的增大，内花键成形所需坯....

本文编号：4054821