矩形花键冷挤压工艺研究及组合凹模的优化设计

摘要

矩形花键轴是汽车传动的重要零件,矩形花键的无约束正挤压成形是一种先进的花键加工方法.从理论上分析无约束正挤压成形的可行性、给出精确的成形力的计算方法、确定合理的工艺参数是矩形花键无约束正挤压成形的关键.该文在分析矩形花键冷挤成形流动规律的基础上,应用上限法计算出了矩形花键无约束正挤压的成形力.花键冷挤压多属于长轴类无约束正挤压,该文运用压杆稳定原理分析了长轴类花键无约束正挤的荷载传递特点,提出了长轴类花键无约束正挤的弹性失稳的校核判据,同时探讨了矩形花键冷挤压过程中传力段毛坯镦粗的现象.研究表明,花键冷挤压时金属在凹模型腔内的流动随凹模入口锥角和毛坯直径的不同对齿形充满的流动影响也不同.该课题在已有实验数据基础上,利用锻造专用有限元数值模拟软件DEFORM-3D对花键的冷挤成形过程进行了有限元模拟.通过比较模拟结果和试验结果,获得了矩形花键冷挤的最佳毛坯直径、最佳凹模入口锥角,并得出了凹模在挤压过程中的压应力大小及分布规律,分析得到了凹模在挤压过程中的弹性变形,对矩形花键凹模的合理设计具有积极的指导意义.该文通过对组合凹模传统的设计原理的研究,应用C++语言开发了冷挤压组合凹模的辅助设计程序,使花键冷挤压组合凹模设计更加高效、精确,同时该程序可以应用到其他冷挤压工件的组合凹模的设计中.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1精密塑性体积成形技术

1.2冷挤压概述

1.3国内外冷挤压技术发展过程

1.4冷挤压技术的发展趋势

1.5花键冷挤压成形工艺与理论研究的发展概况

1.6课题的背景和意义

1.7研究的目标和内容

第二章矩形花键冷挤压工艺分析

2.1引言

2.2花键冷挤压工艺简介

2.3花键的冷挤压方法

2.4矩形花键无约束正挤压成形条件

2.4.1弹性失稳的原理

2.4.2矩形花键冷挤压毛坯的弹性失稳校核

2.5矩形花键无约束正挤压毛坯镦粗问题的讨论

2.5.1解决毛坯在凹模口镦粗的方法

2.5.2引导长度的理论计算

第三章矩形花键冷挤压成形的上限分析

3.1引言

3.2上限法简介

3.3矩形花键冷挤压上限流动模型的建立

3.3.1动可容速度场设计的假设条件

3.3.2动可容速度场

3.3.3应变速率场

3.3.4上限功率

3.4数值计算

第四章花键冷挤压组合凹模优化设计与辅助计算程序开发

4.1引言

4.2设计的理论基础

4.3花键冷挤压组合凹模的模型设计

4.4冷挤压组合凹模的最佳设计

4.4.1引言

4.4.2组合凹模的综合屈服极限

4.4.3最佳直径比与最大承内压

4.4.4径向过盈量

4.5冷挤组合凹模辅助设计程序的开发

4.5.1冷挤压组合凹模层数的判定

4.5.2程序开发过程

第五章矩形花键冷挤压成形的实验研究

5.1矩形花键冷挤的实验条件

5.2矩形花键冷挤的实验结果及分析

第六章矩形花键冷挤压数值模拟与参数优化

6.1引言

6.2金属体积成形有限元数值模拟软件及其发展

6.2.1概述

6.2.2塑性有限元的分类

6 2.3有限元发展历程与趋势

6.3三维建模及STL格式的输出

6.3.1模型参数的确定

6.3.2 STL格式

6.4数值模拟

6.4.1 DEFORM简介

6.4.2矩形花键冷挤过程模拟

6.4.3凹模应力的模拟

6.5花键无约束正挤压组合凹模的设计

6.5.1花键无约束正挤压组合凹模的设计过程

6.5.2计算结果

6.6结论

结论

致谢

参考文献

附录1组合凹模计算机辅助设计程序