短轴套冷挤压工艺数值模拟及其模具优化

论文摘要

传统的短轴套类零件成形工艺多采用切削工艺，生产效率低下，同时造成大量的金属材料浪费，为此本文提出了短轴套精锻成形工艺方案并对短轴套类零件冷挤压成形相关技术进行了研究。本文首先论述了冷挤压成形的工艺特点及刚塑性有限元成形理论，简要介绍了应用的有限元数值模拟软件DEFORM的相关特点，重点研究短轴套零件冷挤压的加工工艺及其模具相关参数对成形性能的影响。在短轴套冷挤压工艺中一般分为镦挤工序、反挤工序和整形工序三道工序或者把镦挤工序分成2步共四道工序。本文短轴套采用三道工序，并对各个成形工序都采用有限元数值模拟。对镦挤工序，分析了凸模和凹模圆角半径对其成形的影响；对反挤工序，同样采用凸模和凹模圆角半径，并分析了凹模工作带对成形效果的影响；对整形工序，由于凸模工作圆锥面对挤压成形效果较大，因此分析了不同角度对成形性能的影响。对模拟试验结果，本文提取了等效应变场、等效应力场以及行程载荷曲线对成形过程进行分析。在数据的分析处理上，本文采用了直观分析法、效应曲线图、交互作用表等几种方法，得出了各参数对成形质量及模具载荷的影响，结果显示模具圆角半径和凹模工作区域、整形凸模工作圆锥面是影响凸凹模单位挤压力以及短轴套成形精度最为重要的三个因素，其余因素影响较小。其中模具单位挤压力可以基本反映模具的使用寿命，而模具在很大程度上决定了短轴套的质量。模拟结果得出了优化的工艺参数组合，并按优化参数进行了模拟试验，结果表明试验结果是合理正确的，这为实际生产工艺优化及模具设计优化提供了技术支持。为了证实模拟实验的可靠性与科学性，本文选取了试样进行物理试验，进行了金属流线、金相组织、晶粒、宏观尺寸等方面的测试,并与模拟试验结果进行比较，两者吻合良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 冷挤压技术概述
• 1.1.1 冷挤压概念
• 1.1.2 冷挤压成形的特点
• 1.2 有限元法的发展及特点
• 1.3 国内有限元法在冷挤压成形中应用现状
• 1.4 国外有限元法在冷挤压成形中应用现状
• 1.5 论文研究的目的、意义及内容
• 1.5.1 论文研究的目的与意义
• 1.5.2 论文研究内容
• 第二章 金属塑性成形有限元基本原理
• 2.1 有限元的概念
• 2.2 金属塑性成形的力学基础
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 塑性力学的基本试验和基本假设
• 2.2.3 应力、应变分析
• 2.3 刚塑性有限元
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 刚塑性有限元变分原理
• 2.4 体积成形模拟软件 DEFORM 简介
• 2.4.1 DEFORM 软件的发展
• 2.4.2 DEFORM 的实用范围和对象
• 2.4.3 DEFORM 的价值
• 2.4.4 DEFORM 的功能模块
• 第三章 短轴套冷挤压成形工艺设计
• 3.1 短轴套类零件结构分析
• 3.2 短轴套类零件冷挤压工艺设计
• 3.2.1 短轴套类零件挤压难度分析
• 3.2.2 化学成分对短轴套塑性成形的影响
• 3.2.3 断面收缩率的计算
• 3.3 挤压工艺方案设计
• 3.3.1 基本工序安排
• 3.3.2 挤压件图的设计
• 3.3.3 冷挤压工序方案比较
• 3.4 短轴套冷挤压过程的数值模拟
• 3.4.1 建立各方案的有限元模型
• 3.4.2 模拟分析中的参数设置及关键问题的处理
• 3.5 有限元模拟结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 短轴套冷挤压成形工艺数值模拟及模具设计优化
• 4.0 前言
• 4.1 短轴套冷挤压工艺镦挤工序的设计及优化
• 4.1.1 镦挤挤压件图的设计及其相关计算
• 4.1.2 镦挤工艺数值模拟及模具优化
• 4.1.3 镦挤工艺的成形规律
• 4.2 短轴套冷挤压工艺反挤压工序的设计及优化
• 4.2.1 反挤挤压件图的设计及其相关计算
• 4.2.2 反挤工艺数值模拟及模具优化
• 4.2.3 反挤工艺成形工艺规律
• 4.3 短轴套冷挤压工艺整形工序的设计及优化
• 4.3.1 整形挤压件图的设计及其相关计算
• 4.3.2 整形工艺数值模拟及模具优化
• 4.3.3 成形工艺成形规律
• 4.4 本章小结
• 第五章 短轴套类冷挤压凹模模具应力分析
• 5.1 概述
• 5.2 凹模受力分析
• 5.2.1 整体式凹模受力分析
• 5.2.2 冷挤压组合凹模的内压分布
• 5.3 有限元模型的建立
• 5.3.1 弹性有限元基本理论
• 5.3.2 建立分析模型
• 5.3.3 模拟参数设置
• 5.4 模拟结果分析与讨论
• 5.4.1 整体凹模的结果分析
• 5.4.2 组合凹模的模拟分析
• 5.5 顶杆的应力分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 短轴套模具设计及其冷挤压成形实验验证
• 6.1 短轴套模具设计
• 6.1.1 模具结构设计
• 6.1.2 模具工作部分设计
• 6.2 短轴套冷挤压试验
• 6.3 短轴套金属流线分布
• 6.4 短轴套晶粒组织分布
• 6.5 模拟实验与真实实验的对比分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢