丝杠冷滚打过程金属流动规律及参数控制研究

摘要

丝杠的加工方法按是否产生切屑可以分为切削加工和塑性加工两种，前者如车削、旋风铣削和磨削等，后者包括挤压、滚压、冷轧和冷滚打等。其中，丝杠冷滚打是利用金属材料在冷态下具有一定塑性变形能力的特点，根据滚打轮和丝杠轴坯的运动关系，采用高速旋转的滚打轮对丝杠轴坯进行滚压和击打而累积形成零件廓形的一种绿色加工方法。研究其成形过程中的金属流动规律及参数对成形件质量的影响具有重要的理论意义和实用价值。
　　 论文分析了冷滚打成形过程中金属塑性变形的特点，根据金属塑性变形的原理，研究了影响冷滚打成形的因素;基于金属塑性成形有限元法的基本理论和成形过程中滚打轮与工件之间的运动关系，建立了丝杠冷滚打成形过程的有限元分析模型，采用有限元分析软件ABAQUS对丝杠成形过程进行了数值模拟。
　　 运用最小阻力定律研究了工件廓形的形成过程;分析了冷滚打成形过程中的工件变形区金属流动速度场、等效应力场与等效应变场的分布情况;选取不同部位节点研究了成形过程中工件的变形情况，得到了这些节点的等效塑性应变随时间的变化曲线，揭示了冷滚打成形过程中金属流动规律。
　　 根据仿真结果，获得了丝杠截面廓形上节点坐标值及工件轮廓曲线，运用最小二乘法对轮廊曲线进行了拟合，得到了拟合公式，并与滚打轮廓形曲线进行了比对，为形成精确的丝杠廓形奠定了基础。
　　 采用正交试验和仿真分析法，研究了打入量、滚打轮厚度、滚打轮转速和工件转速等工艺参数对成形过程中工件受力及击打变形深度和凸起高度的影响规律;分析了打入量对成形过程的影响规律;建立了击打变形深度与工艺参数、凸起高度与工艺参数间的多元回归模型，并验证了其有效性，这对通过控制工艺参数形成精确的丝杠廓形有重要的指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 精密塑性点成形技术研究现状

1．3 丝杠的加工现状及发展趋势

1．3．1 丝杠的切削加工

1．3．2 丝杠的塑性加工

1．3．3 丝杠加工的发展趋势

1．4 冷滚打成形技术研究现状

1．5 课题主要研究内容

2 丝杠冷滚打成形的理论研究

2．1 金属塑性变形理论概述

2．1．1 金属塑性变形实质

2．1．2 影响金属塑性的主要因素

2．1．3 影响金属变形抗力的主要因素

2．1．4 塑性变形的应力应变关系

2．1．5 屈服准则

2．1．6 金属流动的相关理论

2．2 丝杠冷滚打成形原理

2．3 丝杠冷滚打成形特点

2．3．1 变形特点

2．3．2 成形条件

2．3．3 接触区特点

2．4 影响冷滚打成形的因素分析

2．4．1 影响成形轮廓的因素

2．4．2 滚打力对成形的影响

2．4．3 变形程度对成形的影响

2．5 冷滚打成形过程变形力分析

2．6 本章小结

3 丝杠冷滚打成形有限元仿真

3．1 金属塑性变形有限元基本理论

3．1．1 金属塑性成形的模拟方法

3．1．2 金属塑性成形的有限元法概述

3．1．3 弹塑性有限元法求解的基本步骤

3．2 有限元分析软件ABAQUS简介

3．2．1 ABAQUS简介

3．2．2 显式动力学有限元法

3．3 丝杠冷滚打成形机理

3．4 丝杠冷滚打成形有限元仿真

3．4．1 丝杠冷滚打成形有限元模拟流程

3．4．2 几何模型

3．4．3 材料模型

3．4．4 有限元网格模型

3．4．5 仿真参数设置及相关假设

3．4．6 相关问题处理

3．5 本章小结

4 丝杠冷滚打成形数值模拟结果分析

4．1 成形过程

4．2 速度场分析

4．3 应变场分析

4．3．1 不同时刻等效塑性应变

4．3．2 侧壁金属流动情况

4．3．3 齿根金属流动情况

4．3．4 齿顶金属流动情况

4．4 应力场分析

4．4．1 不同时刻等效应力

4．4．2 侧壁的应力

4．4．3 齿根的应力

4．4．4 齿顶的应力

4．5 工件截形分析

4．6 本章小结

5 丝杠冷滚打成形过程工艺参数优化

5．1 正交试验设计

5．2 因素水平表及正交试验方案

5．3 正交试验结果分析

5．3．1 径向滚压力

5．3．2 轴向挤压力

5．3．3 切向击打力

5．3．4 凸起最大值

5．3．5 凹槽最深量

5．4 丝杠冷滚打成形过程中打入量的分析

5．5 丝杠冷滚打成形工艺参数的多元回归分析

5．5．1 多元回归模型的建立与求解

5．5．2 多元回归方程的显著性检验

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果