基本信息
- 项目名称：
- F3型大排量摩托车冷挤压主副轴
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- F3型摩托车是重庆建设摩托车股份有限公司近年来新开发的大排量摩托车（排量为400cc）。主、副轴是该产品中的重要零件，轴上的矩形花键采用传统铣削加工，效率极低，根本无法满足批量生产的需要，其制造效率问题成为制约F3型摩托车批量生产的瓶颈问题。 冷挤压工艺具有“优质、高效、低消耗、低成本”的特点，在大批量生产中具有独特的优越性。由于大排量摩托车主、副轴结构尺寸较大，在挤压成形过程中易产生弯曲变形、镦粗和压弯失稳等技术问题。从而使冷挤压工艺无法在大排量摩托车主、副轴生产中得到应用。 作品对大排量摩托车主、副轴冷挤压工艺进行研究，解决了冷挤压成形过程的技术难题。首次设计出了钢结硬质合金镶块剖分式组合凹模，显著地提高了模具寿命。成功地将冷挤压技术应用到F3摩托车主副轴的制造中，生产效率提高近100倍，节约原材料50%左右，大幅度降低了生产成本，同时提高了产品的加工质量。 目前，该作品已在重庆建设摩托车股份有限公司得到应用。花键键齿主要尺寸精度完全达到产品图技术要求，主副轴金属流线保持连续，综合机械性能优于机加工件，使用效果良好。
- 详细介绍：
- 大排量摩托车是重庆市近几年开发的具有高技术含量和高附加值的摩托车产品，在未来几年中还将得以重点发展。F3型摩托车是重庆建设摩托车股份有限公司近年来新开发的大排量摩托车（排量为400cc）。主、副轴是该产品中的重要零件，它通过轴上的花键传递扭矩，花键齿形主要采用矩形花键，在传统的机械制造方法中只能采用铣削方式逐齿加工，效率极低，且浪费材料，根本无法满足产品批量生产的要求。因此，F3摩托车主、副轴的制造效率问题成为该产品批量生产的瓶颈问题。 金属冷挤压工艺具有“优质、高效、低消耗、低成本”的特点，在大批量生产中具有独特的优越性。从上世纪90年代中后期开始，该技术就逐步应用到小排量摩托车主副轴生产中，但至今为止，仍存在零件弯曲变形和模具寿命较低等技术问题。而大排量摩托车发动机主、副轴结构尺寸较大，在挤压成形过程中更易产生弯曲变形、镦粗和压弯失稳等技术问题，造成成形的失败，且弯曲问题无法像小排量摩托车主副轴那样采用后续人工校直的方法解决，只能设法在冷挤压过程中避免。在成形过程中，大排量摩托车主副轴金属流动更加剧烈，模具寿命更难保证。因此小排量摩托车主副轴的冷挤压工艺根本无法直接用于大排量摩托车主副轴生产。 为此，作品采用有限元数值模拟分析和工艺试验相结合的方法，对F3摩托车主副轴冷挤压成形工艺、模具设计等方面进行了研究。解决了花键轴在冷挤压过程中产生弯曲变形、镦粗、压弯失稳的技术难题。同时，还设计了镶块剖分式组合凹模，首次成功地采用了钢结硬质合金模芯材料，显著地提高了模具的寿命。该作品成功地将冷挤压技术应用到F3摩托车主副轴的制造中，生产效率提高近100倍，节约原材料50%左右，大幅度降低了生产成本，同时还提高了产品的加工质量，提升了我市大排量摩托车零部件的制造水平。 目前，该作品已在重庆建设摩托车股份有限公司得到应用，进入中试阶段。从应用情况来看，主副轴冷挤压件花键部分除大径留有少许磨削余量外，其余各部分尺寸精度完全达到产品图技术要求，不需进行后续机加工。同时主副轴金属流线保持连续，综合机械性能优于机加工件，使用效果良好。下图为F3摩托车主副轴冷挤压件实物照片。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- F3型大排量摩托车主副轴的制造效率问题是该产品批量生产的瓶颈问题。作品在国内首次将冷挤压技术应用于大排量摩托车主副轴的制造中，采用数值模拟与工艺试验相结合的方法进行研究，优化了工艺参数，最大限度地降低了成形力，避免了坯件产生弯曲变形、镦粗和压弯失稳等冷挤压技术难点问题。创新设计了镶块剖分式组合凹模，采用钢结硬质合金作为模芯材料，使得模具寿命与普通模具相比提高了5~10倍。 主要技术指标为：1、冷挤压件的花键键齿各部分尺寸精度和径向跳动达到了产品图的技术要求；2、生产效率提高了100多倍；3、节约原材料约50%左右；4、综合机械性能优于机加工件5、花键模具寿命提高了5~10倍 。
科学性、先进性
- 作品首次将冷挤压技术应用于大排量摩托车主副轴的制造加工中，其科学性和先进性在于： 1、采用有限元数值模拟仿真计算与工艺试验结合的方式进行工艺研究，大大缩短了产品研发的周期，节约了大量人力物力，降低了工艺研发的成本； 2、设计了镶块剖分式组合凹模，采用钢结硬质合金作为模芯材料，显著提高了模具寿命，同时又降低了模具材料成本。 3、作品节约原材料约50% ，提高生产效率100多倍。 4、作品主要尺寸精度完全达到了产品图技术要求，不需进行后续机加工，且综合机械性能高于机加工件。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年5月参加第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛重庆赛区决赛荣获特等奖
作品所处阶段
- 目前，该作品已在重庆建设摩托车股份有限公司得到应用，进入中试阶段。
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- ●特点和优势：作品研究出的F3摩托车主副轴冷挤压工艺可以显著的提高该产品的生产效率，并大幅度地节约原材料，且加工出的冷挤压产品各部分尺寸精度符合产品技术图的要求，综合机械性能优于机械加工件。设计的花键凹模可显著提高模具寿命。 ●应用范围：花键轴的加工制造。 ●市场前景和社会效益：本成果已在重庆建设集团试用，效果良好，由于该项技术可大幅度降低原材料消耗、提高生产效率，同时，还可提高产品尺寸精度和内在质量，它必将得到广泛的推广应用，为大排量摩托车发展上规模提供了可靠的保证，将会显示出巨大的社会、经济效益。
同类课题研究水平概述
- 随着小排量摩托车制造技术的日渐成熟，大排量摩托车开始成为我国摩托车产业的重要发展方向。主、副轴是摩托车发动机中的重要零件，其轴上的花键健齿为矩形花键。在日本，这类零件一般采用冷挤压工艺进行加工，但他们使用的是专用的液压式冷挤压设备，这种设备每台售价高达800万元~1000万元，在我国的零部件生产企业中很难得到广泛应用。F3型摩托车是重庆建设摩托车股份有限公司近年来开发的一款大排量摩托车产品，其主副轴花键健齿采用传统的铣削方式加工，效率极低，勉强满足产品开发阶段的需要，根本无法满足批量生产的要求，效率问题成为制约该产品批量生产的瓶颈问题。 作品将先进的冷挤压技术应用到大排量摩托车主副轴的制造中，并在普通油压机上得以实现，其导向精度靠通用模架来保证，虽然效率不如专用冷挤压机高，但可大大降低投资成本，易于该技术的产业化。 作品采用有限元数值模拟仿真计算与工艺试验相结合的方式，研究了冷挤压主要工艺参数对挤压力、金属流动规律、塑性变形区域的影响，从而为制定工艺试验的最佳工艺参数提供了重要的参考依据。作品把数值模拟技术应用到大排量摩托车主副轴冷挤压工艺研究中，大大缩短了产品研发的周期，节约了大量人力物力，有效提高了生产效率。根据附件查新报告检索结果可知，采用有限元数值模拟仿真计算与工艺试验相结合的方式研究大排量摩托车主副轴冷挤压工艺，在国内未见报道。 国内冷挤压模具主要采用的是组合凹模结构，采用Cr12MoV等冷作模具钢作为模芯材料，耐磨性较差，导致花键轴冷挤压模具寿命低的问题。作品以钢结硬质合金GT35作为模芯材料，设计了镶块剖分式组合凹模，既提高了模具的耐磨性，又降低了材料成本，减少加工量，并显著提高了模具的使用寿命，为其他类似零件冷挤压模具设计提供了借鉴，由华中科技大学夏巨谌教授最新编著的《典型零件精密成形》（机械工业出版社出版）一书中将其收录为典型案例。根据附件查新报告检索结果，采用钢结硬质合金作为模芯材料的花键轴冷挤压镶块剖分式组合凹模在国内也未见相同报道。
