开式冲孔变形研究

摘要

开式冲孔是自由锻生产工艺中的一个基本工序，是很多圆截面空心类锻件锻造必不可少的工序之一。本文以圆柱坯料为对象，借助数值模拟和物理模拟的方法，研究了冲圆形孔和冲正方孔两种工件的形变。
　　 论文所做的主要工作和成果如下:
　　 (1)对孔径比D0/d（圆柱坯料直径与冲子直径比值）范围在1.50～5.00的冲圆孔进行数值模拟，分析了工件的形变特点。以改善工件形状精度为目的，运用逆向求解方法，设计了“上凸内凹面+内凹圆弧回转面”的坯料预成形形状。物理模拟实验验证了预成形的合理性。
　　 (2)运用点追踪方法，研究分析了不同边径比D0/a（圆柱坯料直径与正方冲子边长比值）工件的开式冲方孔成形形变规律。D0/a为12.0时，工件高度增加，D0/a≤6.0时，工件高度先减小后增加，且先减后增的拐点出现在不同的h/H0（冲深）值。上端面拉缩，上端面外缘高度和孔口边缘塌陷程度在周向呈周期性变化，冲子直边中点对应处高度和塌陷程度最大，冲子侧壁过渡圆角对应处最小。外侧表面径向轮廓不再是圆，而是周期性变化的曲线，冲子直边中点对应处直径最大，冲子对角线对应处直径最小，从下端至上端，这种周期性波动幅值减小。方孔侧壁与冲子不贴合，由底部先逐渐增大呈张开状，之后又逐渐减小，且直边部不贴合程度较大，而转角部不贴合程度较小。底面与直边中点对应处翘起最大，与对角线对应处翘起最低。
　　 (3)对比分析了方冲子两圆角（侧壁之间的过渡圆角R1和侧壁与底平面之间的过渡圆角R2）变化后工件的形变特点。研究表明，R1增大，工件变形状态逐渐接近冲圆孔形变;R2增大，工件的高度、底端直径、外侧表面最大直径都减小，上端直径增大，孔壁厚度上下端差值减小，工件材料向周围转移增多。
　　 本文提出的以改善工件形状精度为目的的坯料预成形方案，具有实际应用意义，可以为生产实践提供参考;本文对在圆柱坯料上开式冲方孔的形变规律进行较系统的理论研究，具有一定的理论意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 开式冲孔研究现状

1．2．1 开式冲圆孔研究现状

1．2．2 开式冲方孔研究现状

1．2．3 凸模形状对坯料成形质量的影响

1．3 课题研究意义

1．4 课题研究内容与方法

第2章 开式冲圆孔成形缺陷及改进数值模拟研究

2．1 冲子几何参数及工件的成形指标

2．2 开式冲圆孔成形缺陷数值模拟

2．2．1 CAD／CAE模型的转换

2．2．2 材料模型的选取

2．2．3 对象间关系的建立

2．2．4 工艺参数的确定

2．2．5 数值模拟结果

2．3 上端面拉缩及镦粗去鼓形相关研究

2．4 冲圆孔坯料预成形规律初探

2．4．1 缺陷成因分析

2．4．2 逆向求解方案

2．4．3 预成形形状

2．4．4 预成形坯料冲孔分析

2．5 圆柱坯料及预成形坯料冲盲孔工件的冲穿孔模拟

第3章 开式冲方孔数值模拟研究

3．1 冲子几何参数及工件的成形指标

3．2 不同边径比(D0／a)冲孔成形数值模拟分析

3．2．1 数值模拟结果

3．2．2 冲方孔工件形变分析

3．2．3 冲方孔应力应变分析

第4章 不同圆角参数方冲子冲孔工件形变研究

4．1 变R1值方冲子冲孔模拟分析

4．2 变R2值方冲子冲孔模拟分析

第5章 开式冲孔物理模拟实验

5．1 实验准备

5．2 物理模拟实验

5．3 实验结果分析

5．3．1 冲圆孔实验结果分析

5．3．2 冲方孔实验结果分析

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果