挂钩轴内螺纹冷挤压成形方法研究

摘要

本文的研究是结合长安汽车C195挂钩轴内螺纹的成形工艺的开发进行的，该零件制造的关键在于内螺纹的成形，传统的切削方法不仅加工效率低，而且切断了金属材料的纤维流向，严重降低了内螺纹的质量；而冷挤压成形是一种无屑加工方法，大大提高了螺纹的抗拉强度和抗疲劳性能。本文运用有限元模拟分析与实验研究相结合的方法，深入研究了该零件内螺纹冷挤压成形工艺。 首先对内螺纹冷挤压成形的工艺特点进行分析，研究了冷挤压成形时金属材料的变形流动规律：即内螺纹冷挤压成形属于局部变形，变形材料在两个方向上流动，一方面金属材料沿径向流动形成牙形，另一方面金属材料沿轴向流动，压缩了金属材料的体积，使得材料的组织更加致密；并且轴向应变为最大，正因为这个特点导致冷挤压成形比其他方法困难的多。然后根据冷挤压工艺特点研究得出了影响内螺纹冷挤压成形的有以下五个主要因素：挤压丝锥的形状结构、工件底孔直径、挤压速度及冷却润滑液的选择；通过理论计算推导得出了该螺纹采用冷挤压成形加工的底孔直径的理论计算公式，并且给出了挤压丝锥的结构和各部分参数。 本文运用刚粘塑性有限元模拟软件DEFORM-3D，模拟分析了内螺纹冷挤压成形规律，并且模拟分析了当工件底孔直径和挤压速度取不同的值时，挤压扭矩的变化规律，并且利用最小二乘法对模拟结果进行曲线拟合得出了工件底孔直径和挤压速度对挤压扭矩影响的曲线及方程，对模拟结果进行优化，确定了工件底孔直径和挤压速度的最佳值。 最后对挂钩轴内螺纹的加工进行了一系列的实验研究，经过多次实验的失败反复，最终挤压加工出了符合要求的内螺纹；实验结果表明该零件内螺纹时可以采用冷挤压成形方法加工的，并且验证了成形过程中挤压扭矩是随着工件底孔直径和挤压速度的变化而变化的。 本论文的研究，将内螺纹冷挤压成形理论、数值模拟技术以及模具CAD/CAM/CAE技术紧密结合起来，达到了提高生产效率、缩短产品开发周期、提高挤压丝锥寿命等研究目的，为生产和工程实践提供了很好的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1内螺纹冷挤压成形技术概述

1.2内螺纹冷挤压成形的优点

1.3国内外冷挤压技术的研究现状

1.4本文的研究内容及研究目的

1.4.1研究内容

1.4.2研究目的

1.5研究的可行性

2内螺纹冷挤压成形工艺

2.1内螺纹冷挤压成形机理分析

2.1.1内螺纹冷挤压成形的理论基础

2.1.2内螺纹冷挤压成形过程

2.1.3挤压变形区金属的受力分析

2.2影响内螺纹冷挤压成形的主要因素

2.2.1 工件底孔直径

2.2.2挤压速度

2.2.3冷却润滑液的选择

3挤压丝锥的设计

3.1挤压丝锥的结构

3.2挤压丝锥横截面的设计

3.2.1用包络法形成横截面形状

3.2.2确定最大铲磨量K

3.2.3选择最佳横截面的有关参数

3.3挤压锥部的设计

3.3.1挤压锥部的结构

3.3.2挤压锥部过度区上的螺距误差

3.3.3过度区负荷的不均匀性

3.4校正部分

3.5挤压丝锥的螺纹参数的计算与设计

3.5.1挤压丝锥的大径及其公差

3.5.2挤压丝锥的中径及其公差

3.5.3挤压丝锥的小径及其公差

3.5.4挤压丝锥的结构参数

3.6材料的选择

3.7挤压丝锥的强度

4金属体积成形有限元理论

4.1金属体积成形有限元法概述

4.2刚粘塑性模型

4.2.1刚粘塑性基本假设

4.2.2刚粘塑性基本方程

4.2.3刚粘塑性材料的本构关系

4.3体积成形数值模拟软件简介

4.3.1 Deform简介

4.3.2 Deform主要功能

4.3.3 Deform系统组成

5内螺纹冷挤压成形有限元模拟

5.1内螺纹冷挤压成形刚粘塑性有限元模型

5.2内螺纹冷挤压成形规律模拟分析

5.2.1模型简化及模拟初始条件设置

5.2.2模拟分析

5.2.3模拟结果

5.3工件底孔直径对成形性能的影响

5.3.1do=1.25mm时的成形性能

5.3.2do=12.70mm时的成形性能

5.3.3do=12.80mm时的成形性能

5.3.4do=12.87mm时的成形性能

5.3.5do=12.95mm时的成形性能

5.3.6数据分析

5.4挤压速度对成形性能的影响

5.4.1v=1.59mm/s时成形性能

5.4.2v=3.18mm/s时成形性能

5.4.3v=6.35mm/s时成形性能

5.4.3数据分析

5.5本章小结

6内螺纹冷挤压成形实验研究

6.1引言

6.2工件毛坯

6.3实验方法

6.3.1机床上预挤压实验

6.3.2挤压实验

6.4实验结果及分析

6.5本章小结

7结论

致 谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

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