高强度细腰螺栓杆部冷拉伸滚压成形工艺方法、参数试验和研究

摘要

本课题来源于贵州高强度螺栓厂生产实际，针对高强度细腰螺栓在常温条件下，螺栓细腰杆部成形工艺方法难及加工表面质量不高的情况开展课题研究。通过在贵州螺栓厂和中国航空工业标准件制造有限责任公司的调研，了解到高强度细腰螺栓在汽车工业和航空航海工业等领域应用较广泛。在生产实际中工程技术人员通常采用冷锻粗成形及二次切削加工成形，以至产品在生产过程中存在螺栓疲劳强度降低，不能满足应用领域行业的高品质零件要求。 本课题概述了高强度细腰螺栓冷拉伸滚压成形工艺理论可行性，国内外滚压成形技术发展，滚压技术特点，有限元分析方法发展，非线性有限元理论，应力应变关系，增量处理方法，有限差分法，接触问题处理，解非线性问题，材料塑性变形的强化准则。提出了冷拉伸滚压装置滚压轮的两种不同有效的方案，并分析比较各自方案的优缺点，确定方案二为本文的主要研究方向。把握先进的有限元分析软件ADINA的结构特点，分析统一物理量单位，采用其对滚压模型建立，定义材料，划分网格，约束边界条件，施加载荷，设定时间函数时间步，并进行计算机数字模拟仿真。通过滚压拉伸成形工艺采用不同的工艺参数进行仿真计算，对比高强度细腰螺栓在不同工艺参数下的参数最值，并分析对螺栓性能的影响及加工表面质量。 通过有限元模拟分析及试验结果分析得出结论：材料的变形抗力阻碍着材料的塑性变形，变形抗力越大，塑性变形越难以实现。对滚压件施加的轴向拉力的同时，滚轮对滚压件的挤压力使滚压件材料处于三向应力状态下，改变了滚压件的应力应变状态，降低了材料的变形抗力，增强了材料的流动性，容易实现塑性变形。与方案一相比，方案二更具有普遍性，相对滚压量小，滚压次数多，得到滚压件的表面质量更好些，塑性变形更小，变性抗力更小，且最大应力值约是方案一的最大应力值的82.796，有效应力值约是方案一的86.6％。对滚压件所施加的轴向拉力和径向进给量都处在了一个适当的值，滚压件的塑性变形能力好，滚压件的塑性变形越容易实现，滚压件的冷拉伸滚压成形的效果较好。当轴向拉力处在材料屈服强度极限的80％条件下，每半圈径向滚压量为0.05mm时，滚压成形相对较容易，成形效果也较好。在轴向拉力达到一个适当值时，在实际滚压实验中滚压件的最大面积收缩率超过了57.76％，而且成形表面质量较好；在计算机模拟分析中的材料最大面积收缩率达到72.25％。 ADINA有限元数值模拟的结果有利于深入认识影响高强度细腰螺栓杆部成型工艺的因素，并为简便合理加工高强度细腰螺栓提供参数依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

§1.1课题的背景及研究任务

1.1.1课题来源

1.1.2课题背景

1.1.3课题主要研究任务

§1.2冷拉伸滚压成形技术的理论及发展

1.2.1理论概述

1.2.2国内外滚压加工技术发展概述

§1.3冷拉伸滚压成形技术特点

§1.4有限分析方法的发展概况

第2章有限元计算方法介绍

§2.1非线性有限元的基本理论

2.1.1几何非线性

2.1.2材料非线性

§2.2应力与应变的关系

§2.3增量步的处理方法

§2.4有限差分法

§2.5接触问题的有限元处理

§2.6非线性问题的解

§2.7材料塑性变形的强化准则

§2.8本章小结

第3章滚压轮方案的确定

§3.1方案理论

§3.2方案提出

§3.3方案确定

§3.4本章小结

第4章数值模拟分析

§4.1 ADINA有限元分析软件介绍

4.1.1 ADINA概述

4.1.2ADINA软件结构及特点

4.1.3有限元物理量单位制

§4.2滚压模型有限元分析

4.2.1建立滚压实体模型

4.2.2定义材料

4.2.3划分模型网格

4.2.4约束边界条件

4.2.5施加载荷

4.2.6设定时间函数和时间步

§4.3数值模拟结果分析

§4.4本章小结

第5章试验结果与模拟结果的对比

§5.1试验装置的介绍

§5.2试验结果

§5.3试验结果与有限元模拟结果的对比分析

第6章结论

致谢

参考文献

附 录