超声振动冷拔传动轴过程有限元仿真分析及工艺参数优化

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1、‘，．产一Ｊ车一迎Ｖ：巧－．－１分类号ＴＧ３５６密级公开．广，ＵＤＣ６２１学校代码１０５５５為＃义拿（专业学位）硕：±ｒ学位论文一？Ｆ：－＊二．超京振动冷拔传功轴过程有限元仿真分析及王艺参数化化研究生姓名；姚兴基指导教师、职称：欧阳八生副教授合作导师一、职称；王様研究员高工专业学位类别（领域）：机械工程研究方向：先进成型制造工艺与装备＇＊所在学院；机械工程学院二〇—五年五月义感，義＃參超声振动冷拔传动轴过程有很元仿真分析及工艺春

2、数优化论文作者签名：指导教师签名化）：ｆｉ／ｙｆＡ论文评阅人１；刘德福教授博导中南大学评飼人２：杨书仪教授硕导湖南科巧大学评阅人３：答辩委员会主席：张春良敎较博导广州大学委员１：雷泽勇研究员硕导南华乂学委员２：李必义教授硕导南华大学委员３：陈从桂敬授硕导广抓大学委员４：袁锋伟副教授硕导南华大学委员５；委贝６：答辩日期：２０１５年０５月２４日南华大学学位论文原创性声明本人声明，所呈义的学位论文是本人在导师指导下进巧的研巧

3、工作及取得的ＬＸ标注巧致谢的地方外，论文中不包含研巧成果。尽我所知，除了论文中特别加Ｊ其他人己经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共巧工作的同志对本研究所作的贡献巧己在论文中作了明确的说明。。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担作者签名；辟只南华大学学位论文版权使用授权书本学位论文足本人在南华大学攻读（博／硕）±学位期间在导师指导下完成的学位论文，。本论文的研究成果归南华大学所有本论文的研究内容不得Ｗ巧它单位的名义发表，即；学校。本人罔意南华

4、大学有关保留、使用学位论文的规定有权保留学位论文，允巧学位论文被查阅和借阅；学校可Ｗ公布学位论文的全部－或部分内容，可采用复印、缩印或其它手段保留学位论文；学校可根据圃家或湖南省有关部口规定送交学位论文。巧意学校将论文加入《中團优秀博硕±学位论文全文数据巧》，并按《中固优秀博硕±学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。同意授权中国科学信息技术研究所将本学位论文收录到《中閨学位论文全文数据库）），并通过网络向社会公众提供信息服务。对于涉密的学位论义，解密后话用该授权。作者签名：２＇脚。（月。曰｜导师签名

5、：＞旷中名月Ｈ］超声振动冷拔传动轴过程有限元仿真分析及工艺参数优化摘要：超声振动冷拔传动轴是一种在传统冷拔过程中叠加超声振动能的传动轴冷拔工艺。本课题主要针对传统冷拔传动轴精度不高（低于IT8）、模具磨损快、表面质量差等缺点，通过叠加超声振动以减摩降载实现精密冷拔，使产品能够直接装配轴承使用。本文是在预处理工艺（酸洗、中和、磷化、皂化等）和冷拔模具结构参数优化条件下，对超声振动冷拔传动轴进行有限元仿真分析、工艺参数优化、以及对超声振动冷拔传动轴实验装置进行了初步设计。以冷拔Φ50mm的45钢传动轴为研究对象，采用“同步加载，多步求解”

6、方式施加纵向载荷，利用ANSYSWorkbench和Pro/E分别对常规和超声振动冷拔传动轴过程进行了有限元模拟仿真分析，结果表明：超声振动可以有效减小冷拔力和摩擦力，但摩擦力的减小程度明显不如拉拔力，这主要是由于叠加超声振动后冷拔模具和工件之间的断续接触和高速冲击起到的减摩降载作用造成的；超声振动冷拔传动轴的摩擦力比常规冷拔摩擦力小，且定径区摩擦力都大于减径区摩擦力；另外超声振动对减径区作用比定径区明显。采用正交实验法对超声振动冷拔传动轴的三个主要工艺参数（冷拔速度、频率、振幅）进行仿真优化设计，结果表明：三个主要工艺参数对超声振动冷拔

7、传动轴的影响次序为：振幅影响最大，振动频率影响次之，冷拔速度影响相对较小；优化后得到的最佳工艺参数组合为：振幅A=0.06mm、振动频率f=40kHz、冷拔速度V=9m/min。对I优化参数条件下的仿真结果与常规冷拔仿真结果进行了对比分析，结果表明：冷拔力的平均值、减径区接触压应力和定径区接触压应力分别比常规状态下减少43.39%、15.30%、11.87%。根据国家标准模胚选用冷拔Φ9.6mm的棒材为研究对象，以LW30冷拔机为实验平台，利用Pro/E软件对超声振动冷拔传动轴实验装置进行了设计，设计中采用“中空式”的换能器与变幅杆、“内

8、嵌式”的模具固定方式等，采用这种设计可使结构简化，更利于超声振动装置的安装与调整。关键词：超声振动；冷拔；冷拔力；传动轴；参数优化FEMSIMULATIONANALYSISANDPARAMET