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精密塑性成形技术融合了新材料、新工艺、新装备及自动化等诸多学科的高新技术研究成果,具有材料利用率高,成形件尺寸精度高及表面质量稳定等显著的特点。高速精密冷滚打成形技术作为一种新型的精密塑性成形技术,因其设备吨位小、耗能低、加工柔性好等显著优点得到了迅猛发展。
本文针对实体板料冷滚打成形问题,采用理论分析、有限元数值模拟及试验研究相结合的方法,对实体材料功能表面的冷滚打过程进行探索,为进一步研究丝杠、齿轮、花键等功能表面的高速冷滚打成形工艺及单点无模累积成形技术奠定理论和应用基础。
结合金属塑性成形及单点增量成形基本原理,阐述了板料冷滚打成形的原理;分析了板料冷滚打成形的影响因素;对板料冷滚打成形中比较常见的鳞纹缺陷进行了理论解析,获取了冷滚打成形过程中工艺参数对鳞纹表征参数(纵向波纹不平度、鳞纹间隔)的影响规律。
运用ABAQUS有限元分析软件,建立了板料冷滚打成形的有限元模型,对板料冷滚打成形过程进行模拟仿真;根据仿真结果,分析了板料冷滚打成形中滚打轮单次击打及二次重复击打时,不同位置单元和不同时刻的应力场、应变场的累积效应及变化规律。
分析了板料冷滚打成形过程中变形力的变化规律;采用单因素试验与正交试验相结合的方法,研究了打入量、工件进给量及滚打速度对冷滚打过程中板料成形的影响;通过数值仿真建立了工艺参数对滚打力的回归模型,显著性检验表明回归方程正确有效。
利用自行开发的冷滚打成形设备,对紫铜、纯铝、45#钢三种材料进行了板料冷滚打成形试验。分析了三种材料经冷滚打成形后,金属材料各部分的金相组织变化及硬度分布情况;获得了鳞纹高度及不同工艺条件下的滚打力变化规律,并和理论分析与有限元仿真结果进行了对比研究,验证了理论分析和仿真结果的正确性。