薛倩倩

重庆工业职业技术学院 重庆 401120

引言

作为传动及转向装置的关键部件，花键轴在汽车及摩托车产业中的作用越来越重要。本文选用载重汽车变速器输入轴花键为研究对象，借助DEFORM-3D模拟软件对输入轴花键开式冷挤压进行有限元模拟，分析了坯料直径、入模半角以及定径带长度对花键轴开式冷挤压成形力及成形质量的影响规律，为工艺参数的优化和模具设计提供理论依据。

1 有限元模型的建立

对于某载重汽车变速器，其中矩形花键的成形是该零件冷挤压成形的关键。由于此零件的十齿矩形花键是相对于中心轴完全对称的，因此可以选取坯料及凹模的1/10（两个半齿和一个齿槽）作为研究对象，以缩短计算时间。

模拟采用有限元仿真软件DEFORM-3D[1-2]，模拟时视坯料为塑性变形体，凹模和凸模为刚体。模拟成形过程中，凹模固定不动，坯料在凸模的推动下成形矩形花键。而在输入轴花键冷挤压成形过程中，齿形变形主要集中在坯料表层，因此网格的划分可以粗化圆心，细化表层，以提高计算速度[3-5]。

此输入轴的材料为渗碳钢20CrMnTi，屈服强度为835MPa。模拟分析在室温下进行，不计挤压过程中的温度效应，给定凹模下压速度v=20mm/s，采用剪切摩擦模型，在有润滑条件下的冷塑性成形因子一般m=0.08[6]。模拟中采用一个参数变化，其他参数固定的方法，探寻各工艺参数对金属成形力及成形质量的影响规律。

2 模拟结果分析

2.1 坯料直径对金属成形的影响

保持其他基本模拟参数不变，坯料直径分别取48.6mm、49mm、49.4mm、49.8mm、50.2mm，对输入轴花键开式冷挤压成形过程进行数值模拟。……