空心轴的锻造工艺优化
2021-09-08 15:37
锻造厂
比较了空心轴和实心轴的抗弯和抗扭截面系数，发现相同外径的空心轴和实心轴在传递扭矩、弯矩和弯扭复合的功能时差别不大，但空心轴能大幅降低轴的重量，故空心轴的应用受到了越来越多的重视，急需解决空心轴的成形问题。对空心轴的成形方法做了归纳总结，简要分析了锻造+机加工、径向锻造、旋转锻造、挤压或挤压+机加工、楔横轧、强力旋压、 旋转压缩、内高压成形、横轧+轴向穿孔、注射锻造、静液挤压+内高压成形等的原理和特点，并对几种常用成形方法在坯料形式、成形温度、润滑、成形道次、尺寸精度、表面质量和成形周期等方面进行了比较。未来对空心轴的需求会越来越多， 成形方法也将向高效、精密、柔性的方向发展。
几乎在所有的机械产品中都存在着机械传动装置，不同传动机构或装置有不同需求。如有些需要大传动比的减速机构，有些需要较长的传动轴，有些需要减轻自身的重量而使用空心轴传动等。并且在机械制造中，减轻重量，节约材料几乎是每个设计工作者所要追求的目标之一，
轴是组成机械的重要零件之一，各类做回转运动的传动零件都是通过轴来支承传动零件、传递运动和动力的。按照轴所受载荷的不同，可将轴分为：只承受弯矩、不传递扭矩的心轴，如高铁的轮轴；只传递扭矩、不承受弯矩的传动轴，如汽车的传动轴；既传递扭矩又承受弯矩的转轴，如汽车变速箱轴。对于某些轴类的其它受力与其所受的扭矩相比较可以忽略的情形，从减轻重量节约材料的角度考虑，将其设计成空心是相当必要的。 由于横截面上的剪应力沿半径方向是按线性分布，圆心附近的应力很小，即圆心附近的材料没有充分发挥其应有的性能 。这一理论早被人们所熟悉，并且得到广泛的应用，如飞机、 轮船、汽车等运输机械的某些传动轴为了减轻其质量都设计为空心的。但是按照传统的设计方法和设计技术是不可能在满足使用强度的条件下达到最低质量的，因为这样设计的计算量非常大，由原来的人工计算几乎是不可能完成的。只有在计算机技术和软件技术高度发达的今天，才能解决手工难以计算的高次方方程，使优化设计的设计方案得以实现。
与实心轴相比，在保证使用要求的情况下，空心轴拥有以下优点：（1)减少材料消耗、降低轴的重量；（2)对于高转速的零件，空心轴的转动惯量小；（3)减少振动。对交通工具如汽车、高铁和飞行器等，空心轴的优越性尤为明显
对实心轴和空心轴在传递弯矩和扭 矩时的效果做了对比，发现外径相同的空心轴和实心轴在使用功能上差别不大，但重量却能大幅降低， 对于轻量化有着重要的意义，为此空心轴的成形受到了越来越多的重视。空心轴的成形方法有：锻造+机加工、径向锻造、旋转锻造、挤压+冲孔 (钻孔）、楔横乳、内高压成形、剪切旋压、乳挤成形等，比较成熟的方法有锻造+机加工、径向锻造、 旋转锻造、挤压等。未来随着轻量化的发展，对空 心轴的需求会越来越多，成形方法将向高效、精密、柔性的方向发展
空心传动轴的设计既需要传统的设计理念同时需要新的设计工具和设计方法，特别是现代的计算机技术和软件技术， 以及优化设计理念、计算方法。本文中对空心传动轴的优化 设计结果显示新型的设计理念、设计方法以及设计工具对现代机械产品的设计有很大的帮助，能够大幅度提升设计效率和产品的设计质量，并且还可以提升产品的经济性和实用性。
轴是组成机械的重要零件之一，各类做回转运动的传动零件都是通过轴来支承传动零件、传递运动和动力的。按照轴所受载荷的不同，可将轴分为：只承受弯矩、不传递扭矩的心轴，如高铁的轮轴；只传递扭矩、不承受弯矩的传动轴，如汽车的传动轴；既传递扭矩又承受弯矩的转轴，如汽车变速箱轴。对于某些轴类的其它受力与其所受的扭矩相比较可以忽略的情形，从减轻重量节约材料的角度考虑，将其设计成空心是相当必要的。 由于横截面上的剪应力沿半径方向是按线性分布，圆心附近的应力很小，即圆心附近的材料没有充分发挥其应有的性能 。这一理论早被人们所熟悉，并且得到广泛的应用，如飞机、 轮船、汽车等运输机械的某些传动轴为了减轻其质量都设计为空心的。但是按照传统的设计方法和设计技术是不可能在满足使用强度的条件下达到最低质量的，因为这样设计的计算量非常大，由原来的人工计算几乎是不可能完成的。只有在计算机技术和软件技术高度发达的今天，才能解决手工难以计算的高次方方程，使优化设计的设计方案得以实现。
对实心轴和空心轴在传递弯矩和扭 矩时的效果做了对比，发现外径相同的空心轴和实心轴在使用功能上差别不大，但重量却能大幅降低， 对于轻量化有着重要的意义，为此空心轴的成形受到了越来越多的重视。空心轴的成形方法有：锻造+机加工、径向锻造、旋转锻造、挤压+冲孔 (钻孔）、楔横乳、内高压成形、剪切旋压、乳挤成形等，比较成熟的方法有锻造+机加工、径向锻造、 旋转锻造、挤压等。未来随着轻量化的发展，对空 心轴的需求会越来越多，成形方法将向高效、精密、柔性的方向发展
空心传动轴的设计既需要传统的设计理念同时需要新的设计工具和设计方法，特别是现代的计算机技术和软件技术， 以及优化设计理念、计算方法。本文中对空心传动轴的优化 设计结果显示新型的设计理念、设计方法以及设计工具对现代机械产品的设计有很大的帮助，能够大幅度提升设计效率和产品的设计质量，并且还可以提升产品的经济性和实用性。
