飞壳内棘齿冷挤压工艺模拟分析及模具设计

摘要

冷挤压是加工齿形零件的一种重要方法，与传统的齿成形加工方法相比，可以提高原材料利用率和生产率，降低能耗，提高齿形零件的机械性能和使用寿命。尤其对于具有复杂形状的齿形零件，如内棘齿，往往无法或难以采用机械切削方法进行加工，而采用冷挤压成形，不仅生产效率高，而且产品质量也得到了很大的提高。 采用基于有限元方法的数值模拟分析方法，模拟内棘齿冷挤压成形过程，可获得金属流动规律和工件内部的应力、应变分布规律，变形过程的行程-载荷曲线等，并可预测缺陷，如塌角、折叠，可以有效减少模具调试周期，降低成本，达到模具设计最佳化。 本文通过正交试验与数值模拟技术相结合的方法，进行自行车飞壳内棘齿冷挤压成形工艺参数优化，以获得较好的成形工艺方案。选取坯料内径、凸模倒角、凸模工作带长度三个参数作为影响因素，以齿根、齿顶直径平均值和总载荷值为指标，把每次有限元计算作为一次试验，通过有限元模拟分析来获得在每个因素各个水平下的结果，最终确定坯料内径、凸模倒角和凸模工作带长度等参数的最佳值，为提高飞壳内棘齿冷挤压成形质量提供有效依据。在内棘齿冷挤压成形工艺三维有限元模拟结果的基础上，对飞壳内棘齿的成形模具进行了合理的结构设计。经过物理实验证明：用冷挤压方法成形飞壳内棘齿，齿轮轮廓充填饱满，材料的流动规律和齿形的填充过程，与数值模拟基本一致。通过对数值模拟和实验所得载荷-行程曲线比较，可以看出，曲线变化趋势基本一致，验证了数值模拟结果的可靠性。在数值模拟和试验研究的基础上，对内棘齿齿形冷挤压成形工艺的设计提出了建议。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.2冷挤压技术概况

1.3冷挤压齿形零件的国内外发展现状和趋势

1.4课题的提出及意义

1.5本文研究的内容

第二章有限元模拟金属成形过程的基本原理

2.1概述

2.2有限元模拟金属成形过程的基本理论

2.2.1弹塑性有限元法

2.2.2刚塑性有限元法

2.3增量理论

2.3.1 Levy-Mises理论

2.3.2 Prandtl-Reuss理论

2.4成形过程模拟参数分析

2.4.1有限元模拟系统的组成及发展

2.4.2成形过程模拟参数分析

2.5本章小结

第三章飞壳内棘齿冷挤压成形工艺设计及数值模拟分析

3.1概述

3.2内棘齿挤压件图设计

3.3试验方案设计

3.3.1工艺方案设计

3.3.2实验参数选择

3.4工艺方案一的实验设计

3.4.1正交有限元试验分析法

3.4.2正交实验设计及结果

3.4.3正交实验结果分析

3.4.4正交实验结果有限元分析

3.4.5成形工艺的模拟结果比较分析

3.5工艺方案二的数值模拟及结果分析

3.5.1工艺方案二成形效果分析

3.5.2工艺方案二金属流动分析

3.6工艺方案的比较与分析

3.7本章小结

第四章飞壳内棘齿冷挤压凸凹模设计

4.1概述

4.2内棘齿冷挤压成形凸模设计

4.3内棘齿冷挤压成形凹模设计

4.3.1凹模的应力分析

4.3.2凹模的模拟模型

4.4单层凹模的数值模拟分析

4.4.1 FEM前处理

4.4.2 FEM后处理

4.5双层凹模的结构设计及数值模拟分析

4.5.1双层凹模的结构设计

4.5.2双层凹模的数值模拟应力分析

4.5.3优化结果分析

4.6本章小结

第五章内棘齿冷挤压过程实验

5.1概述

5.2实验目的

5.3实验原理及实验装置

5.4实验条件

5.5实验结果及其与数值模拟结果的对比

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1全文工作的总结

6.2展望

参考文献

致谢

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