空心軸的鍛造工藝優化
2021-09-08 15:37
鍛造廠
比較了空心軸和實心軸的抗彎和抗扭截面系數，發現相同外徑的空心軸和實心軸在傳遞扭矩、彎矩和彎扭復合的功能時差別不大，但空心軸能大幅降低軸的重量，故空心軸的應用受到了越來越多的重視，急需解決空心軸的成形問題。對空心軸的成形方法做了歸納總結，簡要分析了鍛造+機加工、徑向鍛造、旋轉鍛造、擠壓或擠壓+機加工、楔橫軋、強力旋壓、 旋轉壓縮、內高壓成形、橫軋+軸向穿孔、注射鍛造、靜液擠壓+內高壓成形等的原理和特點，并對幾種常用成形方法在坯料形式、成形溫度、潤滑、成形道次、尺寸精度、表面質量和成形周期等方面進行了比較。未來對空心軸的需求會越來越多， 成形方法也將向高效、精密、柔性的方向發展。
幾乎在所有的機械產品中都存在著機械傳動裝置，不同傳動機構或裝置有不同需求。如有些需要大傳動比的減速機構，有些需要較長的傳動軸，有些需要減輕自身的重量而使用空心軸傳動等。并且在機械制造中，減輕重量，節約材料幾乎是每個設計工作者所要追求的目標之一，
軸是組成機械的重要零件之一，各類做回轉運動的傳動零件都是通過軸來支承傳動零件、傳遞運動和動力的。按照軸所受載荷的不同，可將軸分為：只承受彎矩、不傳遞扭矩的心軸，如高鐵的輪軸；只傳遞扭矩、不承受彎矩的傳動軸，如汽車的傳動軸；既傳遞扭矩又承受彎矩的轉軸，如汽車變速箱軸。對于某些軸類的其它受力與其所受的扭矩相比較可以忽略的情形，從減輕重量節約材料的角度考慮，將其設計成空心是相當必要的。 由于橫截面上的剪應力沿半徑方向是按線性分布，圓心附近的應力很小，即圓心附近的材料沒有充分發揮其應有的性能 。這一理論早被人們所熟悉，并且得到廣泛的應用，如飛機、 輪船、汽車等運輸機械的某些傳動軸為了減輕其質量都設計為空心的。但是按照傳統的設計方法和設計技術是不可能在滿足使用強度的條件下達到最低質量的，因為這樣設計的計算量非常大，由原來的人工計算幾乎是不可能完成的。只有在計算機技術和軟件技術高度發達的今天，才能解決手工難以計算的高次方方程，使優化設計的設計方案得以實現。
與實心軸相比，在保證使用要求的情況下，空心軸擁有以下優點：（1)減少材料消耗、降低軸的重量；（2)對于高轉速的零件，空心軸的轉動慣量小；（3)減少振動。對交通工具如汽車、高鐵和飛行器等，空心軸的優越性尤為明顯
對實心軸和空心軸在傳遞彎矩和扭 矩時的效果做了對比，發現外徑相同的空心軸和實心軸在使用功能上差別不大，但重量卻能大幅降低， 對于輕量化有著重要的意義，為此空心軸的成形受到了越來越多的重視。空心軸的成形方法有：鍛造+機加工、徑向鍛造、旋轉鍛造、擠壓+沖孔 (鉆孔）、楔橫乳、內高壓成形、剪切旋壓、乳擠成形等，比較成熟的方法有鍛造+機加工、徑向鍛造、 旋轉鍛造、擠壓等。未來隨著輕量化的發展，對空 心軸的需求會越來越多，成形方法將向高效、精密、柔性的方向發展
空心傳動軸的設計既需要傳統的設計理念同時需要新的設計工具和設計方法，特別是現代的計算機技術和軟件技術， 以及優化設計理念、計算方法。本文中對空心傳動軸的優化 設計結果顯示新型的設計理念、設計方法以及設計工具對現代機械產品的設計有很大的幫助，能夠大幅度提升設計效率和產品的設計質量，并且還可以提升產品的經濟性和實用性。
軸是組成機械的重要零件之一，各類做回轉運動的傳動零件都是通過軸來支承傳動零件、傳遞運動和動力的。按照軸所受載荷的不同，可將軸分為：只承受彎矩、不傳遞扭矩的心軸，如高鐵的輪軸；只傳遞扭矩、不承受彎矩的傳動軸，如汽車的傳動軸；既傳遞扭矩又承受彎矩的轉軸，如汽車變速箱軸。對于某些軸類的其它受力與其所受的扭矩相比較可以忽略的情形，從減輕重量節約材料的角度考慮，將其設計成空心是相當必要的。 由于橫截面上的剪應力沿半徑方向是按線性分布，圓心附近的應力很小，即圓心附近的材料沒有充分發揮其應有的性能 。這一理論早被人們所熟悉，并且得到廣泛的應用，如飛機、 輪船、汽車等運輸機械的某些傳動軸為了減輕其質量都設計為空心的。但是按照傳統的設計方法和設計技術是不可能在滿足使用強度的條件下達到最低質量的，因為這樣設計的計算量非常大，由原來的人工計算幾乎是不可能完成的。只有在計算機技術和軟件技術高度發達的今天，才能解決手工難以計算的高次方方程，使優化設計的設計方案得以實現。
對實心軸和空心軸在傳遞彎矩和扭 矩時的效果做了對比，發現外徑相同的空心軸和實心軸在使用功能上差別不大，但重量卻能大幅降低， 對于輕量化有著重要的意義，為此空心軸的成形受到了越來越多的重視。空心軸的成形方法有：鍛造+機加工、徑向鍛造、旋轉鍛造、擠壓+沖孔 (鉆孔）、楔橫乳、內高壓成形、剪切旋壓、乳擠成形等，比較成熟的方法有鍛造+機加工、徑向鍛造、 旋轉鍛造、擠壓等。未來隨著輕量化的發展，對空 心軸的需求會越來越多，成形方法將向高效、精密、柔性的方向發展
空心傳動軸的設計既需要傳統的設計理念同時需要新的設計工具和設計方法，特別是現代的計算機技術和軟件技術， 以及優化設計理念、計算方法。本文中對空心傳動軸的優化 設計結果顯示新型的設計理念、設計方法以及設計工具對現代機械產品的設計有很大的幫助，能夠大幅度提升設計效率和產品的設計質量，并且還可以提升產品的經濟性和實用性。
