济南大横梁

基于数值模拟的多楔带轮成形工艺研究
带轮作为一种重要的传动零件， 广泛应用于汽车、农机、水泵以及机床等机械设备传动中。带轮传统加工方法是采用铸、锻毛坯经切削加工而成，特点是浪费材料、生产效率低，产品具有精度低、笨重、转动惯量大等缺点。随着科学技术的发展进步，锻压及旋压技术以其节能节材、生产效率高、产品性能好、合格率高等优点，逐步推广应用到带轮的实际生产中。
带有凸台的多楔带轮的成形采取锻压与旋压相结合的成形工艺，而关于影响复杂结构多楔带轮成形质量的工艺参数，并没有明确的研究结果可以参考，故零件生产多结合有限元模拟和试验分析得到较为合适的参数，并在此基础上进行下一步的优化。根据材料的拉伸系数计算拉伸道次，结合冲压与锻造技术并采用有限元模拟软件DEFORM-3D进行数值模拟，分析成形过程中的应力、应变分布，为锻压成形多楔带轮的实际生产提供参考。
零件结构分析
带有凸台的多楔带轮结构如图1、图2所示，在旋压成形多楔齿之前需经过锻压成形内筒及凸台，其中凸台的成形难度较大。多楔带轮材料为DD13钢，基本力学性能如下：屈服强度为325MPa，密度为7.851g/cm3，弹性模量为205GPa，泊松比为0.29。
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图1 多楔带轮结构图
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图2 多楔带轮三维示意图
锻压成形工艺分析
根据体积不变原理，利用Pro/Engineer对多楔带轮体积进行计算，同时考虑预留加工余量，确定选用厚度为3mm，直径为206mm的板坯进行制坯。根据零件结构特点制定其锻压成形工艺路线：多道次拉深成形内筒→冷锻内筒→成形凸台→成形外圆弧。
内筒的多道次拉深成形工艺参数可查询冲压手册，为尽可能降低板坯减薄程度，设计三道次拉深成形内筒。通过查阅带凸缘拉深系数表并且结合生产实际，设计次拉深系数m1=0.52。由拉深系数计算公式：
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其中，m为拉深系数，d为筒壁直径(mm），D为毛坯直径(mm）。计算得拉深直径为d1=107mm。后两道次拉深系数通过查询冲压手册并结合实际取m2=0.75，m3=0.77。故拉深直径分别为d2=80mm，d3=61.3mm。凹模圆角半径的计算公式如公式2所示：
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其中，t 为坯料厚度(mm），D 为毛坯直径(mm），d为次拉深后筒壁直径(mm）。计算出*1次拉深中凹模圆角半径r1为14mm。由此可确定出后续拉深的凹模圆角半径为：r2=10mm，r3=7mm。由于内筒的成形属于变薄拉深，在经过三道次的拉深成形之后需经过冷镦工步对内筒筒壁增厚，故**道次的拉深高度需大于零件内筒的图纸尺寸，结合实际生产经验**道次拉深高度为h=24mm。
有限元模型建立
利用Pro/Engineer建立工件和各道次模具的三维模型，基于Deform-3D软件对多道次成形过程进行模拟分析，模拟采用“SI”公制单位，实际生产中材料为DD13，模拟选择材料库中与之相近的AISI-1008，坯料设置为塑性体，模具为刚性体，网格数量划分为150000个，并运用局部网格细化技术对坯料中间部分进行网格细化分。根据生产实际将摩擦因数设置为0.12，冲压速度为10mm/s，温度为20℃。图3所示为道次模具结构。
模拟结果分析
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图3 *1道次拉深成形模具图
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图4 至*三道次等效应变分布图
道次至*三道次有限元模拟的等效应变分布如图4所示。由图4(a）可见应变值较大处出现在内筒上下圆角处，即内筒上下圆角处变形程度较大。由于*二道次和*三道次的拉深高度不再变化，只在筒径上发生变化，故内筒的上侧圆角处应力较为集中，如图4(b）和图4(c）所示。*三道次筒径缩小到61.3mm，已近似于零件内筒直径61mm，此时内筒圆角及筒壁处壁厚发生了减薄。有限元模拟过程中未出现刮料、折叠缺陷，成形质量较好。
*四道次冷镦成形内筒。由于**道次的拉深使内筒筒壁及圆角处有所减薄，所以冷镦内筒的目的是增厚内筒筒壁及内筒上侧圆角以保证后续零件的成形质量。冷镦工艺是一种精密塑性成形技术，具有制品的机械性能好、生产率高和材料利用率高，特别适合于大批量生产等优点。由图5等效应变分布图可知，坯料内筒上圆角处应变值较大，因上圆角处圆角半径较大，在上模下压时坯料上圆角处与下模发生刮蹭，故出现应力集中的现象。从成形结果上看内筒筒壁及上侧圆角处金属充填饱满，满足后续加工要求。锻压成形过程中载荷出现在该道次，*四道次载荷图如图6所示，载荷为184吨。
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图5 *四道次等效应变分布图
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图6 *四道次载荷图
*五道次冲压预成形凸台以及轮辐与内筒相接的圆角，*六道次通过局部加载凸台处的上模具将凸台锻造至零件要求壁厚。通过锻造工艺使凸台处近净成形，减少机加工量；同时使金属材料向四周圆角处流动充填，提高产品表面光洁度和产品精度；并且可以改变金属组织，提高金属性能。*五道次至*六道次等效应变分布图如图7所示。成形过程中没有出现刮料、折叠等缺陷，但是从图7(b）可见凸台圆角处未充填饱满，这是由于凸台高度较高，冲压过程中减薄较严重引起的。
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图7 *五道次至*六道次等效应变分布图
工艺优化
为解决成形方案中凸台圆角处充填不饱满的问题，考虑在成形凸台之前增加一道次，在内筒与轮辐之间作圆弧过渡，使坯料在凸台处聚料，后两道次按照成形方案的模具进行模拟。增加在凸台处聚料的道次及成形凸台后一道次的应变分布图如图8、图9所示。从成形结果看，凸台圆角处充填饱满，并且没有缺陷产生，成形效果较好，故该成形方案可以有效地解决凸台处减薄严重的问题。对比各道次等效应变值可以发现，随着道次的增加，材料内累积的应变值越来越大。
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图8 增加道次的等效应变图
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图9 凸台成形等效应变图
后一道次冲压成形外圆弧，该道次是为后续旋压成形轮缘及多楔齿做准备，等效应变图如图10所示。可见内筒上圆角和凸台处的应变值较大。终成形结果图如图11所示，成形效果良好。经过测量各处壁厚均达到后续加工要求。
试验验证
根据模拟分析结果，利用YQK-200型液压机进行试验，得到了合格的样件，多楔带轮锻压试件如图12所示。可以看出凸台部分成形质量较好，试件表面光洁度较高，未出现刮料、叠料等现象，经测量试件各关键部位处壁厚均达到后续加工要求。通过试验验证了该锻压工艺的正确性，可为实际生产提供指导。
结论
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图10 终成形等效应变分布图
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图11 终模拟结果图
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图12 多楔带轮锻压试件
通过对双凸台多楔带轮锻压工艺方案进行深入分析，将冲压工艺和锻造工艺相结合，采用有限元软件Deform-3D对其成形工艺进行了数值模拟，分析了其成形过程中的应力应变分布，并进行了工艺试验验证，结论如下。
⑴双凸台多楔带轮结构较复杂，为控制内筒的减薄程度，内筒需采用多道次拉深成形，结合材料的拉深系数计算拉深道次，并计算各道次拉深的工艺参数。成形过程中应变主要集中在内筒上下圆角处，有轻微的减薄，后续通过冷镦工艺对筒壁及圆角处进行了有效增厚。
⑵凸台的成形需结合冲压技术和锻造技术，控制金属流动方向和速度，保证其成形质量。并通过工艺优化解决了凸台处壁厚减薄严重的问题。
⑶结合有限元模拟结果，通过试验验证了工艺的可行性，得到了符合要求的锻压件。

浅谈激光切割技术在汽车行业中的应用
激光是一种因产生辐射而强化的光。由于其具有方向性好、亮度高、单色性好等特性，使得激光的应用非常广泛，如激光切割、激光焊接、激光雕刻、激光打孔、激光打标等等，激光应用也成为目前有发展空间的领域之一。而激光切割作为激光加工中重要的一项技术应用，其主要有两种：一种是脉冲激光，适用于金属材料；*二种是连续激光，适用于非金属。下面就来介绍一下激光切割技术中的汽车行业中的应用。
激光切割原理及优点
激光切割是利用高功率密度的激光束扫描材料表面，在较短的时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，以达到切割的目的。
激光切割在汽车零部件的生产中具有以下优点：⑴精度高，定位精度在0.05mm左右。⑵切缝窄，激光束聚焦成很小的光点，使得焦点处达到很高的功率密度，材料加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。⑶切割面光滑，刺。⑷速度快，比线切割速度要快很多。⑸切割质量好，无接触切割，切边受热影响很小，基本不存在工件热变形现象，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。⑹不损伤工件，激光切割头不会与工件表面接触，保证不划伤工件。⑺不受被切材料的硬度的影响，激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等材料进行加工。⑻不受工件外形的影响，柔性好，可以加工任意图形，也可以切割管材及其他型材。⑼节约模具的投资，激光加工不需要模具，没有模具损耗，*修理模具，节约模具的更换时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本。⑽节省材料，采用计算机编程，可以把不同形状的产品进行整板材料套裁，提高材料的利用率。⑾可以缩短新产品的开发周期，新产品的试制，一般数量较少，结构不确定，不用制造模具，降低浪费，缩短新产品的制作周期。⑿可以切割非金属的材料。
因此在生产中采用这种设备是非常可行的，并且这种设备也适用于生产小批量工件，为零部件的前期试制开发提供了方便，节约了成本。
激光切割的设备
激光切割设备种类繁多：⑴平面激光切割机，主要切割平面工件。⑵三维激光切割机，可以切割三维空间的工件。⑶激光切割机器人(图1），可以切割更复杂的三维立体工件等。
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图1 激光切割机器人工作站
随着汽车行业的发展，激光切割机器人的应用越来越多，而且这种类型的激光切割设备也可以切割平面工件和简单的三维工件，因此下面重点介绍激光切割机器人工作站的组成部分：⑴高精度轨迹机器人，实现了高精度、高速度、立体加工以及成本的降低。⑵激光发生器，有固体激光发生器、气体激光发生器和光纤激光发生器，是产生激光源的装置。⑶冷却器，用于冷却激光发生器。⑷光纤维电缆。⑸切割头，主要包括腔体、聚焦透镜座、聚焦镜、电容式传感器和辅助气体喷嘴等零件。⑹工作台，用于安放被切割的工件，并能按照控制程序正确而精准的进行移动，是由伺服电机驱动的。⑺数控系统，控制工作台实现X、Y、Z轴的运动，同时也控制激光器的输出功率。⑻操作台，用于控制整个切割装置的工作过程。⑼气瓶，包括激光切割机工作介质气瓶和辅助气瓶。⑽空压机。⑾空气冷却干燥机、过滤器。⑿抽风除尘机等辅助设备。
激光切割机器人在汽车制造中的实践
下面列举阐述一下激光切割机器人在汽车零件加工中的应用。
管材零件的切割
如图2所示，该零件是激光切割管材上所有的孔(左件4个孔，右件5个孔），因孔数量较多，孔径尺寸也各不相同，采用模具来冲裁的话，模具比较复杂并且模具数量也比较多，投资相对较大，而且后期的模具维修频率也较高，会占用大量的时间和人力，并且还会产生不合格品，影响零件的质量，还要有专门的质检人员进行检验，以防止不合格品的流出。而采用激光切割技术不但可以减少大量的模具资金的投入，还可以带来以下几点好处：⑴保证零件质量；零件切割位置准确，并且这种无接触加工可以避免塌角的发生。⑵节省操作工人与设备的占用；采用激光切割，程序调好之后，只需要一名工人就可以完成取件、上件、下件等一系列工作；如果用模具来实现少需要3套模具，3名操作工，3台冲压设备。⑶节省时间，操作简单；根据实践，该零件可以切割400套，并且工人不会太累，效率较高；如果采用模具实现，正常情况也可以生产400套，但是如果模具出现问题，维修、装模具、调试会耗费大量的时间和人力。⑷避免漏切、错切；激光切割如果出现漏切、错切，设备会报警，因此不会有不合格品流出的现象；如果模具出现漏冲，不容易被发现，这样不合格品流出，会带来更大的损失。
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图2 管材零件
为保证零件质量，零件定位要准确，因此需要制作零件的定位夹具(图3），该夹具结构分为三部分：⑴固定板，固定在工作站的工作台上，固定方式为螺钉和销钉。工作台上有固定位置的螺钉和销钉的，因此夹具的设计要与工作台尺寸相结合，不能盲目进行设计。⑵零件的定位装置，根据零件的使用特性，该零件在使用时孔距端头的位置重要，因此将定位设置在零件端头。⑷零件的夹紧装置，因零件在各个方向上均有切割部分，零件需要跟随工作台进行翻转，为防止工作台旋转时零件脱落，需设置四套夹紧气缸来实现。总体上来讲，该夹具结构简单易操作，并且投入的成本也很低，但是却能带来很大的收益，可以说是比较实用的。
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图3 制作管材零件的定位夹具
异型型材的切割
如图4所示，该零件需要切割两个大孔及两个端头，孔及端头采用模具冲裁时会产生变形，因此为保证零件质量，采用激光切割的方式来避免零件变形。该零件孔的切割是比较容易实现的，但是型材的端头切割加工就会有难度，该型材截面为B字形状，切割方向360度每个方向都有，所以就要求激光切割头可以360度旋转，并且要有足够的空间可以让切割头旋转，如果法线方向上空间不够，那么在不影响零件使用的情况下，可以采用小的带角度切割，因此切割头的切割轨迹的设置需要不断的进行尝试，终保证零件质量，同时降件成本，提高生产效率。
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图4 异型型材零件
该零件的激光切割夹具如图5所示，该夹具的结构同管材的夹具相似，也分为三个部分：⑴固定板，同管材的固定板固定方式一样。⑵零件定位装置，该零件上有两个很重要的安装孔，因此采用孔定位的方式使零件位置准确，定位结构采用气缸带动定位销，可以前后移动，方便工件的取放。⑶零件的夹紧装置，夹紧装置同管材件相似，只是夹紧头随零件的形状做了改变。
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图5 固定在工作台上的定位夹具
以上两个例子，激光切割夹具相对模具比较简单，都是由三部分组成：固定板、定位装置和夹紧装置。同时说明了激光切割机器人的应用可以解决很多汽车零件制作的难题，并且带来了很多方面的优点。
结束语
综上所述，激光切割在汽车加工领域中优点很**，适应了汽车的降低成本，提高质量的发展趋势，并且激光加工机器人工作站在汽车行业的应用越来越普遍，不仅仅是应用于激光切割，激光焊接，激光打标，激光雕刻等也比较多，甚至于在非金属材料中的应用也是非常普遍的。

采煤机配件厂家中速磨煤机原理
采煤机配件厂家中速磨煤机中速磨煤机有两组相对运动的碾磨部件，碾磨部件在弹簧力、液压力或其它外力作用下，将其间的原煤挤压和碾磨，终破碎成煤粉;通过碾磨部件旋转，把破碎的煤粉甩到风环室，流经风环室的热空气流将这些煤粉带到中速磨煤机上部的煤粉分离器，过粗的煤粉被分离下来重新再磨。
在这个过程中，热风还伴随着对煤粉的干燥;在磨煤过程中，同时被甩到风环室的还有原煤中夹带的少量石块和铁器等杂物，它们后落入杂物箱，被定期排出。经过上述加工过程，中速磨煤机可以为高炉炼铁系统提供非常适合使用的辅助材料煤粉。优质中速磨煤机具有金属耗量少，金属磨耗低，维护费用低，磨煤电耗小，工作噪音低，结构合理，坚固耐用，价格低廉，维修方便等特点。
采煤机配件厂家中速磨煤机是指工作转速为50～300r/min的磨煤机，属于高炉炼铁辅料备料加工专业设备，中速磨煤机可中速磨煤机以为高炉炼铁系统提供合适的辅助材料-煤粉。传统按转速分为中速、低速、高速磨煤机。中速磨煤机适用于磨制烟煤和贫煤等中等硬度的物料的粉末化磨粉作业，可广泛应用于电力、冶金、建材、化工等行业的制粉系统，特别是需要大量地使用烟煤的高炉喷煤制粉系统中。

不同工艺参数对铝合金激光深熔焊质量的影响
铝合金激光焊接技术是近十几年来发展起来的一项新技术。与传统焊接方法相比，激光焊具有热输入小，能量密度高，热影响区窄而熔深大，热变形小，接头性能好及易于控制等优点，因而逐渐得到广泛的应用。但由于铝合金具有较好的导热性能，对较高的激光束初始反射率及焊接过程中产生的等离子体对激光束的屏蔽作用，使得工件吸收光束能量困难，焊接过程不稳定，同时还易产生裂纹、气孔等缺陷。
目前对于铝合金激光焊接技术的研究依然是当前激光焊研究的热点，尤其是研究铝合金激光焊的熔化特性、气孔和裂纹的成因机理、焊接缺陷对力学性能的影响和激光焊接铝合金的等离子体现象等等。如何基于铝合金激光深熔焊的小孔诱导及行为机理，广泛应用于铝合金白车身的实际生产中，提升铝合金激光焊焊接质量是目前**主机厂的研究重点和难点。而在实车制造中，不同工艺参数对铝合金车门5系内板和6系铝合金加强板激光深熔焊焊接质量影响的研究尚未报道。
因此本文尝试通过以下方法来探索在不同焊接速度和功率条件下对激光焊外观质量和微观质量的影响规律。该研究主要通过两个路径：⑴利用样片实验研究不同参数对铝合金焊接质量的影响并获得优参数。⑵实车析优参数下铝合金激光焊焊接质量。
样片级别实验
实验材料为5182/1.5mm铝合金和S600/1.5mm铝合金，其化学成分分别如表1和表2所示，搭接形式：上层板S600/1.5mm+下层板5182/1.5mm，样片尺寸40mm×200mm，之后分别研究激光功率(表3）、焊接速度（表4）对该搭接形式的铝合金激光焊焊接质量的影响。
表1 5182铝合金成分(%)
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表2 S600铝合金成分(%)
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表3 激光焊功率影响的参数设置
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表4 激光焊焊接速度影响的参数设置
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图1所示是在功率为55%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图1(a）为焊缝的金相照片，图1(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：在该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.37mm，一条为0.80mm，而公司要求的小熔深为0.45mm，则0.37mm这条焊缝不合格；两条焊缝的熔宽分别为1.71mm和1.40mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm，但1.40mm处于达标的边缘。并且从图1(b）可以看出，无背透现象。
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图1 功率为55%时的激光焊结果
图2所示是在功率为60%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图2(a）为焊缝的金相照片，图2(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.49mm，一条为0.86mm，均满足公司要求的小熔深0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.46mm和1.83mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。并且从图2(b）可以看出，无背透现象。
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图2 功率为60%时的激光焊结果
图3所示是在功率为65%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图3(a）为焊缝的金相照片，图3(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.53mm，一条为0.98mm，均满足公司要求的小熔深为0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.46mm和1.89mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。并且从图3(b）可以看出，出现背透现象。
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图3 功率为65%时的激光焊结果
比较以上三种功率下的激光焊质量，熔深与熔宽随功率的变化曲线如图4所示，从结果看：⑴功率越大，熔深与熔宽越大，但功率从60%到65%时，熔深与熔宽的增大率小于5%。⑵随着功率的增大，有背透的风险，在功率为65%时，出现背透。因此样片测试结果显示功率选择在功率的60%时相对较优。
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图4 焊接速度一定，熔深与熔宽随功率变化的曲线
图5所示是在功率为60%，焊接速度为70mm/s时焊缝的金相照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝熔深为0mm和0.27mm，均不能达到公司的要求，熔宽为0mm和1.35mm，其中一条无法满足公司的标准要求，另一条是刚刚达到公司的要求，因此在该参数下，无法满足公司的激光焊质量要求。
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图5 焊接速度为70mm/s时的激光焊结果
图6所示是在功率为60%，焊接速度为50mm/s时的结果，其中图6(a）为焊缝的金相照片，图6(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.61mm，一条为1.01mm，均满足公司要求的小熔深0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.60mm和1.80mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。从图6(b）可以看出，该参数下出现明显的背透现象。
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图6 焊接速度为50mm/s时的激光焊结果
比较以上三种焊接速度（图2、图5和图6）下的激光焊质量，熔深与熔宽随焊接速度的变化曲线如图7所示，从结果看：⑴焊接速度越小，熔深与熔宽越大，但从50mm/s时，出现明显的背透。⑵焊接速度越大，熔深与熔宽越小，但在70mm/s时出现未熔的现象。因此，样片测试结果显示速度选择在60mm/s时相对较优。
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图7 激光功率一定时，熔深与熔宽随焊接速度变化的曲线
实车级别验证
采用样片级别得出的焊接参数，在激光功率为功率的60%，焊接速度为60mm/s的条件下进行焊接，焊接两台车，选取4条焊缝来研究，如图8中的RB1和 RB3。
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图8 右后门激光焊焊缝分布
图9所示是2台车次每台车上4条焊缝的金相照片结果。从结果来看。
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图9 不同车次上4条焊缝的金相照片
⑴所有焊缝的熔深与熔宽均满足公司的标准，证明样片级别实验获得的参数是有效的。
⑵分别对比VB1-2车和VB1-1车上RB1和RB3两条焊缝的金相可知。
1）同一车次，同一零件不同位置的匹配间隙是不均匀的，大的间隙在0.3mm左右。
2）间隙在小于0.3mm的情况下，可满足熔深与熔宽的要求。
3）同一车次，不同位置间隙对熔深与熔宽的影响。
①VB1-1：熔宽差异达0.3mm，熔深差异达0.5mm，熔深波动较大达19%。
②VB1-2：熔宽差异达0.6mm，熔深差异达0.03mm。
⑶分别对比RD1和RD2两条焊缝在不同车次VB1-1和VB1-2上的金相照片可知。
1）不同车次相同位置的零件匹配间隙差异较大，近0.3mm。
2）不同车次，相同位置的间隙对熔深和熔宽的影响。
①RD2：熔深差异在0.11mm，熔宽差异在0.02mm。
②RD4：熔深差异在0.27mm，熔宽差异在0.25mm，熔宽波动较大达12%。
结论
⑴样片级别实验结果表明焊接速度对激光焊质量的影响：焊接速度越小，熔深与熔宽越大，焊接速度在50mm/s时容易出现背透；焊接速度越大，熔深与熔宽越小，焊接速度在70mm/s时，容易出现未熔透，焊接速度在60mm/s时，熔深与熔宽相对较优。
⑵样片级别实验结果表明激光焊功率对激光焊质量的影响：焊接速度在60mm/s时，功率越大，熔深与熔宽越大，功率从60%Pmax增加到65%Pmax时，熔深熔宽增加率小于5%，且在65%Pmax时，出现背透。
⑶对比实车级别实验与样片级别实验，焊接速度在60mm/s，功率在60%Pmax时，实车焊接的熔深、熔宽和样片测出的熔深、熔宽均能满足公司的标准，且两板间隙控制在0.3mm的情况下，可满足公司熔深与熔宽的要求，但熔深与熔宽的波动相对较大。