十字轴零件冷径向挤压关键技术研究

摘要

针对十字轴传统工艺存在的工序繁多、材料利用率不高等不足,依据零件的结构特点,提出了十字轴冷径向挤压成形工艺。研究分析了十字轴冷挤压一步成形的可行性,并对挤压件成形过程中金属流动特点、模具载荷、应力分布以及模具结构设计等方面展开了研究。　　本文应用了三维建模软件设计了十字轴三维模型以及建立了径向挤压塑性变形的CAE模型。研究分析了十字轴冷径向挤压的成形特点及其对模具结构的要求。简单介绍了挤压件坯料的前处理方法,强调为了获得较小的挤压金属与模具型腔的摩擦系数,必须对坯料进行磷皂化处理。对比分析了单凸模和双凸模挤压的两种工艺方案,指出了双凸模挤压成形的优点:十字轴轴肩成形质量更好,且无挤压死角。因此本文采用双凸模挤压方案。　　利用DEFORM3D平台模拟,以挤压载荷、金属流动特点、等效应力分布以及温升等方面作为研究对象,将整个挤压成形过程分为三个阶段:初始镦粗阶段、轴肩成形阶段、挤压终了阶段。针对挤压终了阶段挤压凸模载荷急剧增加的问题,本文依据十字轴零件的结构特点和使用特点,将十字轴挤压件轴肩型腔长度增加0.5mm,此工艺方法可以有效地降低挤压后期的凸模载荷,而且对凹模也有一定的保护作用。　　为了更深入了解十字轴塑性径向流动对挤压模具的影响,课题以摩擦系数、凹模圆角半径、凸模结构形状等因素作为关键研究参数,对十字轴成形情况进行研究。通过研究获得如下结论:随着摩擦系数的增大,挤压件塑性变形的不均匀性将会加剧,凸模载荷以及凹模胀模力也会增加。摩擦系数的增加会使模具应力增大、模具温度的升高、模具磨损的加剧;凹模过渡半径的增加会降低模具载荷,而且会提高挤压件的表面质量;比较不同凸模锥角对成形情况的影响,当α=30°时,挤压过程中金属的径向流动速度较大,而且挤压过程更加平稳,凸模的等效应力也得到一定的降低。　　最后,通过对凹模受力情况的分析,优化凹模结构模型,提出并分析了双层组合凹模结构,借助正交实验以及ABAQUS数值分析软件,获得了一组凹模内外圈半径最佳组合,可以充分发挥凹模材料的力学性能,节约了内圈凹模材料。　　本文的研究成果对十字轴类零件的成形工艺、产品设计以及模具设计有一定的指导意义。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 十字轴冷挤压成形技术研究

1.3 十字轴冷挤压成形技术存在的主要问题

1.4 课题来源与研究内容

第二章 金属体积成形的数值模拟技术

2.1 刚塑性有限元法的基本理论

2.2 数值分析软件的介绍

第三章 十字轴冷挤压工艺成形方案

3.1 十字轴冷挤压坯料的处理

3.2 十字轴零件的结构分析以及成形原理的介绍

3.3 单凸模成形及双凸模成形分析

第四章 十字轴的冷挤压成形工艺研究

4.1 十字轴及其模具的三维建模

4.2 有限元模型的建立

4.3 有限元模拟结果分析

第五章 十字轴冷挤压成形关键影响因素分析

5.1 摩擦系数对十字轴冷挤压成形影响

5.2 凹模圆角对十字轴冷挤压成形的影响

5.3 不同凸模结构形状对十字轴挤压成形的影响

第六章 凹模结构优化设计

6.1 组合凹模的优越性

6.2 十字轴挤压成形组合凹模的结构设计及优化

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文