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基于有限元仿真的套筒类零件冷挤压成形工艺研究

作　者: 余建华
导　师: 任家隆
学　校: 江苏科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 冷挤压工艺套筒类零件模具设计有限元仿真
分类号: TG376.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着科学技术的进步、模具钢新材料的研究开发、挤压设备的更新换代以及模具设计的日益合理化,冷挤压加工工艺已经成为零件加工的一个重要手段,在制造业得到了迅速发展和广泛运用。从现状来看,国内外学者对零件外部结构冷挤压成形的研究较多,而对零件内部凹凸结构的冷挤压成形研究相对较少。所以本文以套筒类零件内部结构冷挤压成形为内容展开研究,具体工作如下:1、内部具有台阶结构套筒类零件的传统加工方法是采用棒材或管材作坯料,通过机械加工切除多余金属材料实现,这种方法大量浪费了原材料和加工工时。针对这一问题,本文提出了一种构想:使用与零件尺寸接近的管材,在一般机械压力机上,经冷挤压使其内部直接形成台阶结构,不需要切削加工。2、结构合理的模具是实现冷挤压的重要保证。本文通过仿真,不断修改凸模工作面的形状、调整凸模件与支撑模件之间的配合位置,使材料按照预定变形方式成形;在支撑模上设计了便于其拆卸的方耳结构;设计了一套使工件位置固定的紧固构件。3、运用DEFORM-3D有限元软件对套筒类零件冷挤压形成台阶结构的过程进行仿真。仿真结果表明:本冷挤压工序中工件的金属流动情况及应力、应变情况符合冷挤压变形的一般规律;成形所需单位挤压力的计算值符合材料单位挤压力的许用范围。同时,通过仿真得出了适合本冷挤压工序的工艺参数组合;发现较小的一次挤压变形量使得成形不完全,工件会产生毛刺;过大的挤压速度和过大的摩擦系数会造成冷挤压应力集中,工件表面也会产生毛刺。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 冷挤压技术简述  11-13
    1.1.1 冷挤压概念及分类  11-12
    1.1.2 冷挤压工艺的特点  12-13
    1.1.3 冷挤压工艺的应用范围  13
  1.2 冷挤压零件结构要求及分类  13-16
    1.2.1 冷挤压零件的结构要求  13-14
    1.2.2 冷挤压零件的分类  14-16
  1.3 冷压技术的研究现状及发展趋势  16-17
    1.3.1 冷挤压技术的研究现状  16-17
    1.3.2 冷挤压技术的发展趋势  17
  1.4 课题研究内容  17-19
第2章冷挤压工艺的基本原理  19-39
  2.1 冷挤压工艺的金属流动规律  19-22
    2.1.1 正挤压实心件的金属流动情况  19-20
    2.1.2 正挤压空心件的金属流动情况  20-21
    2.1.3 反挤压杯形件的金属流动情况  21-22
  2.2 冷挤压变形的应力与应变  22-25
    2.2.1 应力与应变状态的定性分析  22-23
    2.2.2 应力与应变的关系  23-25
  2.3 冷挤压时的外摩擦和润滑  25-27
    2.3.1 冷挤压中的滑动摩擦种类  25-26
    2.3.2 冷挤压中的润滑剂  26
    2.3.3 影响摩擦力的因素  26-27
  2.4 冷挤压件原材料及毛坯准备  27-29
    2.4.1 对冷挤压中材料的要求  27-28
    2.4.2 冷挤压用钢材  28
    2.4.3 材料选用及毛坯准备  28-29
  2.5 冷挤压力  29-38
    2.5.1 冷挤压变形的三个阶段  29-30
    2.5.2 影响单位挤压力的主要因素  30-33
    2.5.3 冷挤压力的计算  33-38
  2.6 本章小结  38-39
第3章套筒类零件内台阶冷挤压成形的模具设计  39-50
  3.1 冷挤压模具设计  39-40
    3.1.1 冷挤压模具设计的基本要求  39
    3.1.2 冷挤压模具组成及分类  39-40
  3.2 冷挤压模具工作部分设计  40-48
    3.2.1 凸、凹模形状对冷挤压成形的影响  40-43
    3.2.2 凸模的设计  43-45
    3.2.3 支撑模的设计  45-46
    3.2.4 紧固件的设计  46-48
  3.3 装配与拆卸  48-49
  3.4 本章小结  49-50
第4章套筒类零件内台阶冷挤压成形的有限元分析及仿真  50-63
  4.1 有限元基础理论  50-51
    4.1.1 DEFORM-3D 有限元软件简介  50
    4.1.2 DEFORM-3D 有限元软件模块  50-51
  4.2 有限元分析数值模型的建立  51-57
    4.2.1 数值模型导入及参数设置  51-53
    4.2.2 工件网格划分  53-54
    4.2.3 凸模运动参数设置  54-55
    4.2.4 模拟控制及对象间关系设置  55-57
    4.2.5 生成数据库文件及运行  57
  4.3 套筒类零件内台阶冷挤压成形的结果分析  57-62
    4.3.1 成形过程的金属流动规律及网格变化分析  57-59
    4.3.2 成形过程的应力、应变分析  59-61
    4.3.3 成形过程中单位挤压力的验算  61-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章套筒类零件内台阶冷挤压成形的影响因素及控制  63-71
  5.1 应力与应变对冷挤压变形的影响  63
    5.1.1 应力状态对冷挤压变形的影响  63
    5.1.2 应变状态对冷挤压变形的影响  63
  5.2 各因素对冷挤压变形的影响  63-70
    5.2.1 一次挤压的变形量对冷挤压变形的影响  63-65
    5.2.2 挤压速度对冷挤压变形的影响  65
    5.2.3 摩擦系数对冷挤压变形的影响  65-66
    5.2.4 模具几何形状对冷挤压变形的影响  66-70
  5.3 本章小结  70-71
结论  71-73
  1.总结  71
  2.展望  71-73
参考文献  73-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-76
致谢  76-77
详细摘要  77-81

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