外花键冷滚打成形力解析方法

为确定外花键冷滚打的力能参数,分析了冷滚打金属变形区的特点,在一次冷滚打过程中,变形区参数和位置随滚打轮的移动不断变化,接触弧和压下量都很小,在冷滚打初始阶段存在不完整变形区。提出了计算冷滚打单位压力和变形力的解析方法,将一次冷滚打过程离散为无限多个复杂断面的冷滚轧过程,给出了冷滚打单位压力和变形力的解析公式,确定了冷滚打单位压力值及其分布特征。为验证解析方法,建立冷滚打有限元模型并计算了冷滚打成形力,改造卧式铣床进行冷滚打实验,测量了冷滚打成形力。将解析公式预测结果与仿真和实测结果进行对比,结果表明:冷滚打径向力最大值误差分别约为7%和4%,冷滚打径向力变化曲线基本相符,但一次冷滚打过程时间略短。解析方法正确地预测了冷滚打变形力的大小和变化过程。     

高速冷滚打过程变形力解析方法及其修正

高速冷滚打成形是采用断续往复高速击打的方法实现动态冲击局部加载的一种近净塑性成形新工艺,其成形过程是高速、瞬态、高冲击、大变形的复杂过程。针对该成形过程中的变形力问题,首先采用主应力法进行变形力的解析求解;考虑主应力法在解析过程中难以反映滚打轮的高速往复击打等因素,应用ABAQUS/Expict进行高速冷滚打仿真实验,并根据仿真计算结果,运用回归分析的方法对解析方程进行修正,使解析方程能够更加准确地反映出不同工艺状态下的高速冷滚打变形力。在自行研制的高速冷滚打实验设备上进行冷滚打成形实验,完成变形力的测量,并验证了修正后的解析方程的正确性。     

齿轮高速冷滚打温度及应力分布研究

通过数值模拟和实验的方法,研究了齿轮冷滚打成形过程中温度的分布规律.论述了冷滚打成形原理,建立了其成形过程的有限元模型,对成形过程的温度分布进行了分析.结果表明:由于滚打轮和材料之间的摩擦作用,齿坯温度上升;但又因材料热传导率较高,这些综合因素使得齿坯温度上升较慢.     

基于ABAQUS的丝杠冷滚打变形力仿真

丝杠冷滚打成形是一种新型的绿色近净塑性成形技术,其中的变形力是冷滚打成形过程中一个非常重要的因素,不仅关系到材料的应力和应变,还是设备设计、验算工具强度、制定合理工艺制度的重要依据.基于仿真进行丝杠冷滚打变形力的研究,介绍丝杠冷滚打的原理,讨论基于 ABAQUS的有限元模型的建立,在此基础上进行了丝杠单次滚打正应力、切应力的仿真,进而获得了变形力及其分力随时间的变化情况,为后续研究奠定了基础.     

冷滚打花键表面粗糙度神经网络预测模型建立

为降低冷滚打花键表面粗糙度,获得冷滚打加工最优参数组合,以滚打轮公转转速和工件进给量两个影响表面粗糙度的主要因素作为变量,设计了冷滚打花键及测量实验方案,采用白光共聚干涉显微镜测量冷滚打花键分度圆处表面粗糙度,依据实验数据通过试凑法建立了冷滚打花键表面粗糙度BP神经网络预测模型,最终确定的神经网络结构为2-6-2-1,对预测值与训练样本值及测试样本值进行了对比分析,结果表明:预测值与训练样本最大误差6.5%,与测试样本最大误差7.9%,预测值与训练样本之间的相关系数为0.996,与测试样本之间的相关系数为0.973,进一步说明了神经网络预测模型的有效性和精确性。     

高速冷滚打成形硬化程度预测模型建立

为提高冷滚打成形工件的表面质量,改进冷滚打成形工艺,以渐开线花键为研究对象,进行了高速冷滚打成形工件的显微硬度试验,并对实验得到的数据进行了数理统计分析,根据冷滚打加工参数对工件齿廓不同位置表面硬化程度的影响关系,采用曲面响应法建立了成形花键齿廓不同位置表面硬化程度随滚打轮转速和工件进给量变化的多元回归模型,并对模型进行了显著性检验及方差分析,通过试验数据与预测模型的对比分析,证明了该模型在滚打条件相近的情况下,能够对齿廓不用位置的表面硬化程度起到精确的经验预测作用。     

冷滚打成形表层残余应力模型建立

为提高冷滚打成形工件的表面性能,实现对冷滚打成形过程中残余应力的控制,以渐开线花键为研究对象,采用轮廓法测量冷滚打成形花键齿廓不同位置的残余应力,依据实验结果采用响应曲面法建立冷滚打成形花键齿廓齿根处、分度圆处和齿顶处的残余压应力峰值和残余压应力层深与冷滚打成形参数的关系模型,对比分析了实验结果与模型的预测结果。研究表明所建立的残余压应力峰值模型的最大预测误差为3.3%,残余压应力层深模型的最大预测误差为6.1%,预测结果具有较高的可信度,可以进行不同冷滚打成形参数的齿廓空间残余应力和残余压应力层深度的预测。     

20钢花键冷滚打成形表层物理力学性能优化

为了实现对20钢花键冷滚打成形表层物理力学性能的合理控制,以冷滚打转速、进给量和滚打轮圆角半径为试验参数,进行了冷滚打成形正交试验,分别测量花键分度圆处的表层加工硬化程度和残余应力,采用田口理论信噪比权衡各加工参数对花键表层物理力学性能的影响程度;运用熵权理论与田口过程能力指数设置各评价指标的权重,建立花键表层物理力学性能的改进田口过程能力指数优化模型,使用广义简约梯度法对模型进行优化,将得到的最优加工工艺参数组合通过冷滚打成形试验进行验证,并对其表层微观组织形貌进行观察和分析。结果表明:进给量对冷滚打花键表层物理力学性能影响程度最大,滚打轮圆角半径次之,冷滚打转速最小;花键表层物理力学性能最优加工参数组合为冷滚打转速1581 r·mm-1,进给量42 mm·min-1,滚打轮圆角半径2 mm;所对应的花键表层物理力学性能最优值为:表层加工硬化程度148. 92%,表层残余应力-85. 83 MPa。     

冷滚打成形对花键组织与性能的影响

通过显微观察等测试手段,对花键在冷滚打加工时形成的纤维组织、齿形表层硬度分布等进行了研究;分析了冷滚打成形过程中,等轴晶被拉伸形成金属纤维的过程以及齿形表层硬化的原因.试验表明:花键冷滚打加工使工件内部晶粒破碎、细化并拉伸形成了与花键齿形一致的金属纤维组织,冷滚打的冷作硬化使花键齿表层硬度及抗冲击能力有较大提高;高应力在改善花键齿形表面质量的同时,也可能导致高变形抗力,使滚打轮过早失效.     

数控花键冷敲机滚打轮最小轴径的优化设计及验证

针对冷敲花键成形中滚打轮敲击工件时承受瞬间冲击力建立滚打轮的挠度方程,为求得滚打轮的轴径大小,建立了滚打轮轴径质量最小的数学模型,采用外点惩罚函数法求解模型,得出滚打轮轴的最小半径,依据此优化后的结果建立几何模型并用Anasys Workbench静力分析来进行辅助验证,结果满足设计要求。     

花键冷敲精密成形过程数值模拟与分析

本文基于ABAQUS软件,采用动态显式有限元法建立了花键冷敲精密成形过程的有限元模型,通过三维数值模拟,研究并揭示了花键冷敲成形过程中滚打力随时间的变化规律和应变分布与演变规律。结果表明:花键冷敲初始阶段滚打力较大,之后平稳上升,并呈现断续周期性变化。分析了冷敲过程结束后,由于齿形部分等效应变分布不均匀,导致花键齿顶出现弓形和齿槽表面出现皱纹等缺陷,提出了改进措施。     

大模数花键高速冷敲成形中影响材料变形的关键因素

为了简化工艺参数,突破试验条件对工艺参数研究的影响,通过分析成形原理,得出高速旋转的滚打轮引起的惯性力为材料变形力,而滚打轮的旋转速度会影响材料的应变速率。通过分析变形区的变形特点,得出高速冷敲成形属于多道次成形,而滚打轮的旋转速度与工件进给速度共同决定敲击道次。通过分析不同道次晶粒尺寸的分布情况,揭示了敲击道次对微观组织的影响;敲击道次大约在16～22次时,晶粒平均尺寸进入超细晶,敲击道次大约为30～36次时,超细晶粒所占比例可达90%。在确定了敲击道次后,可根据道次与工艺参数的关系得到滚打轮转速与工件进给速度的取值范围,进而指导实际生产。     

轻型汽车轮辋的冷滚压成形

对称式深槽轻型汽车轮辋（图１ａ），可在自动轮辋滚形机上，用冷滚压工艺成形。１冷液压原理轮辋在滚压机上成形的原理可参见图１ｂ。由图可见，将圆环形毛坯１套在滚压机的下辊轴的辊轮２上，辊轮２旋转并向上移动，使毛坯１贴近匀速旋转的上辊轮３并压紧。辊轮２向工件施加压力Ｐ，使毛坯１始终与上下辊轮２、３滑动接触，随着压力Ｐ的逐渐增大，毛坯１开始按辊轮的形状变形。变形程度可由力Ｐ的大小和预先设定的冷滚压时间来控制。在整个冷滚压过程中，导向轮４始终与毛坯１接触，使毛坯１在液压过程中转动平稳，防止左右摆动，保证毛坯…     

小规格TiNiNb管材的反向挤压成形工艺参数

针对44 mm×10.5 mm小规格Ti Ni Nb管材反挤压成形试验的工艺参数确定和模具设计问题,采用有限元热力耦合数值模拟和单因素轮换法,分析在满足制件成形质量(挤出温度低于共晶熔点)的前提下,挤压力与凹模模角和定径带长度、凹模和挤压筒温度、毛坯初始温度、挤压速度及摩擦因子等工艺参数和模具结构参数之间的关系,确定影响挤压力的主要工艺参数和模具结构参数分别为凹模模角、初始坯料温度、挤压速度和摩擦因子,并给出上述参数的取值范围。通过基于数值模拟的正交试验方法,得到了主要工艺参数和模具结构参数的最佳组合,即在保证润滑效果的前提下,取凹模模角110°、毛坯初始温度为950℃、挤压速度为50 mm/s。利用铅和45号钢毛坯在6.5 MN多向模锻挤压液压机上进行了验证实验。     

哈克抽芯铆钉钉杆冷搓成形工艺研究与优化

基于外螺纹与花键冷搓成形机理,初步设计哈克抽芯铆钉钉杆上环形沟槽冷搓成形模具,并根据冷搓金属流动规律计算得出毛坯直径。利用DEFORM-3D对冷搓过程进行模拟,观察了成形过程中等效应变的分布情况。利用基于累计分布概率的应变均匀性评价方法与正交试验,研究咬入角、搓制速度和摩擦系数对应变均匀性的影响规律。通过极差与方差分析得出各因素对应变均匀性的影响程度从大到小依次为:摩擦系数、咬入角、搓制速度;最优工艺参数组合为咬入角为2°、搓制速度为200 mm·s-1、摩擦系数为0.4。最后进行试模验证,实验制件槽形饱满,表面光滑,无裂纹、折叠等缺陷,与数值仿真结果取得较好的一致性。     

冷滚打花键表面粗糙度加工参数敏感性研究

为获得给定范围的冷滚打花键表面粗糙度加工参数的最优区间,以渐开线花键为研究对象,开展冷滚打花键表面粗糙度试验。构建冷滚打花键表面粗糙度指数函数经验模型,分析冷滚打花键表面粗糙度对加工参数的灵敏度,确定冷滚打花键加工参数的稳定和非稳定域,研究冷滚打花键表面粗糙度试验结果,对确定的稳定与非稳定域进行优选。研究结果表明:表面粗糙度对滚打轮转速的变化最敏感,对工件进给量的变化敏感较弱;滚打轮转速的优选范围为2032～2258 r·min~(-1),工件进给速率的优选范围为21～35 mm·min~(-1)。研究成果为控制冷滚打花键表面粗糙度提供了理论基础和试验依据。     

冷滚打花键表层性能组合权重理想点法多目标决策

为获得最优冷滚打花键表层性能(表面粗糙度、残余应力和表面硬化程度)加工参数组合,以渐开线花键为研究对象,基于冷滚打花键表层性能试验研究,将主观赋权层次分析法和客观赋权熵权法进行线性组合求取组合权重,构建组合权重理想点法,计算各试验次序对应的接近度,从而决策出冷滚打花键表层性能各指标最优加工参数组合。研究结果表明:组合法确定的冷滚打花键表层性能各指标重要程度依次是表面粗糙度残余应力硬化程度;在滚打轮转速为1428～2258 r·min~(-1),工件进给量为21～42 mm·min~(-1)的范围内,冷滚打花键表层性能最优的加工参数组合为滚打轮转速1428 r·min~(-1),工件进给量42 mm·min~(-1)。得到的最优加工参数组合能够提高冷滚打花键表层性能。     

铝合金板温成形过程拉深筋部位摩擦系数的测试

基于板料成形时法兰区周向收缩、厚向增厚的特点和温成形的环境,针对铝合金板温成形过程拉深筋部位摩擦系数的测量,研制了一套新型摩擦测试装置.探讨了压边力、成形温度、润滑状态三种工艺参数和铝合金板试样楔形角对拉深筋部位摩擦系数的影响.研究表明,成形温度和润滑剂对摩擦系数影响比压边力明显;当不采用润滑剂时,随着成形温度从室温上升到250℃,摩擦系数有明显的增加;在高温状态下,三种润滑剂的使用,都可以大大降低温成形时的摩擦系数,但这三种润滑剂之间的润滑效果差异并不明显;在不同楔形角的铝合金试样成形过程中,拉深筋部位的摩擦系数随着角度的增大而增大.     

板料成形过程模具圆角摩擦测试实验装置的研究

板料成形研究中的一个难点是如何采用实验方法定量测定板料成形过程中板料与模具之间的摩擦系数.通过对板料成形时的变形特点进行分析,提出一种新的板料成形过程模具圆角摩擦测试实验方法,并研制出相应的摩擦测试实验装置.该实验装置考虑了板料成形时周向收缩、厚向增厚的变形特点,能够在线测试出室温和加热状态下板料成形过程模具圆角处的摩擦系数.摩擦测试结果表明,所研制的摩擦测试装置具有灵敏度高、可重复性好、使用方便的特点,为深入研究板料成形过程中摩擦系数随工艺参数的变化规律提供了实验手段.     

齿条冷滚打成形加工硬化行为研究

以冷滚打成形齿条为研究对象,沿齿廓线法向对成形齿槽硬度分布进行测量,得到了硬化层沿深度方向的分布规律以及工艺参数对齿槽底部、齿槽圆角、齿壁、齿顶处硬化程度的影响规律;对成形齿槽微观组织进行分析,获得位错密度与硬化程度之间的对应关系。结果表明:齿槽圆角处成形过程中变形量最大,位错积塞现象显著,硬化程度最高,齿壁次之,齿顶处硬化程度最低;齿槽沿深度方向晶粒细化程度逐渐降低,位错密度减小,硬化程度逐渐减弱,齿槽底部受多次滚打叠加作用的影响,硬度在次表层达到最大值。