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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。