40Cr高速冷滚打成形过程模拟分析

为揭示40Cr高速冷滚打成形机理,依据金属材料塑性变形机理,进行高速冷滚打条件下的40Cr击打试验,得到了40Cr在高速、大变形条件下应力应变曲线;基于冷滚打成形高速大变形的塑形变形特点,结合40Cr在高速、大变形下的应力应变曲线,应用Deform仿真软件进行了不同变形区域、不同温度、不同应变速率下高速冷滚打成形的分析,揭示了高速冷滚打成形的应力、应变、温度、金属流动变化规律,进一步解释了冷滚打成形的规律,为深入研究高速冷滚打成形奠定基础。     

高速冷滚打成形过程的有限元数值模拟

通过对高速冷滚打成形原理进行分析,利用有限元软件Abaqus对LY12铝合金高速冷滚打成形过程进行数值模拟;计算了成形过程中的变形击打力;并利用自行设计的试验装置进行了连续成形过程中变形击打力的试验验证。结果表明:高速冷打滚成形的数值模拟结果与实际试验结果基本一致,验证了数值模拟的有效性,为进一步深入研究高速冷滚打成形技术奠定了理论及应用基础。     

冷滚打成形力及金属变形的有限元数值模拟

为了得到能够准确高效计算冷滚打成形实体零件外齿形的成形力和整体金属塑性变形情况的数值模拟方法,根据冷滚打成形的基本原理,建立了能够表征冷滚打成形实体零件外齿形特点的典型有限元模型,并参照实验条件进行了实例计算。所得计算结果与实验相比较,证明了该计算模型和方法能够有效反映出稳定成形时主成形力的平均峰值。同时金属塑性变形的计算结果能有效反映冷滚打成形齿形时的金属变形情况,能够预测和解释外沿飞边和纵向的弓形缺陷的发生。在此基础上研究了提高数值计算效率的方法,得出质量缩放因子取60 000、最小单元格长度0.25mm时可获得较高的计算效率。     

40Cr冷滚打成形中位错密度变化研究

为揭示40Cr在高速冷滚打中的成形机理,将40Cr宏观应力变化和位错密度变化机理相结合,得到了40Cr位错密度变化曲线;基于位错密度变化的微观组织演变模型,建立了40Cr位错密度变化模型,并验证了该模型的正确性;利用XRD实验得到40Cr在不同变形条件下的XRD图谱,结合Dunn公式求得40Cr在不同变形条件下各个晶面及晶面整体位错密度变化。通过模型验证和试验分析,进一步从微观角度解释了40Cr在冷滚打成形过程中的变化规律。      

冷滚打成形中滚打深度与回弹规律的仿真

为了有效地控制回弹对成形件精度的影响,针对变形量与回弹量之间的关系进行研究。依据冷滚打成形的基本原理,应用ABAQUS软件建立了有限元动态仿真模型,通过仿真获得了不同滚打深度下成形齿槽截面在切向、轴向和径向的变形规律与回弹量。由于动态仿真后工件内部的力处于不平衡状态,不能直接进行回弹求解,所以在动态仿真结果的基础上建立了静态仿真模型,通过静态分析获得了不同滚打深度成形齿槽截面各部分在切向、轴向和径向的回弹规律。在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验,获得了工件廓形,并将其与相同工艺条件下的仿真结果进行比较,验证了仿真结果的正确性,为有效控制回弹对成形精度的影响提供了参考。     

丝杠冷滚打变形力影响因素研究

为研究丝杠冷滚打成形过程中滚打轮半径、滚打轮圆角半径和打入量与变形力之间的关系,在丝杠冷滚打成形原理的基础上建立了有限元仿真模型。通过仿真获得单次滚打以及多次滚打成形过程中,变形力随滚打轮半径、滚打轮圆角半径和打入量的变化规律;设计了正交试验,研究打入量、滚打轴转速、滚打轮厚度及工件转速4个因素对变形力的影响规律。在自行设计的冷滚打成形丝杠设备上进行实验,测得变形力的变化趋势与仿真结果基本一致,验证了有限元仿真模型的正确性。     

冷滚打花键动力学分析与仿真

根据冷滚打花键的工艺特点和柔体动力学理论基础,建立柔体动力学数学模型;并依据有限元理论建立了冷滚打花键结构动力学模型;同时应用ADAMS和ANSYS进行动力学仿真.理论分析与仿真结果表明:花键毛坯在滚打过程中受到滚轮的滚打力由径向力FX、轴向力FY和FZ三个方向的分力合成.其中,径向力FX随滚打时间做近似于四边形的周期变化.同时得到了冷滚打加工中花键轴应变情况,精确找到加工中的辅助支撑点,可以大大提高冷滚打花键的加工精度.     

丝杠冷滚打成形参数控制研究

建立了丝杠冷滚打成形的有限元模型,使用ABAQUS软件模拟其成形过程。首先在仿真结果的基础上,设计正交试验,研究冷滚打过程中工艺参数对滚打深度和隆起高度的影响关系;然后分别建立滚打深度和隆起高度与工艺参数之间的多元回归模型,并进行显著性检验;最后利用自行设计的滚打装置进行丝杠冷滚打试验,验证了模型的有效性。研究结果为通过控制工艺参数形成精确的零部件轮廓提供理论基础,对丝杠冷滚打成形有重要的指导意义。     

摩擦因数对冷滚打成形件表面鳞纹的影响研究

冷滚打成形过程中成形表面的鳞纹是一种重要缺陷,控制鳞纹缺陷是提高成形件表面质量的重要方法。依据冷滚打成形的基本原理,分析了鳞纹产生的原因及影响因素。选取紫铜作为工件材料,利用Abaqus分析软件,建立冷滚打成形有限元模型,研究了在顺打和逆打两种方式下摩擦因数对鳞纹高度和鳞纹间宽的影响。结果表明:顺打时鳞纹高度随摩擦因数的增大而增大,逆打时鳞纹高度随摩擦因数的增大而减小,两种方式下鳞纹间宽基本不变。利用改装的铣床作为平台进行成形实验,采用Leica DCM3D白光共聚焦仪对工件表面产生的鳞纹截面参数进行了测量。就实测工况而言,实验与仿真结果基本一致,表明了仿真的正确性。通过选择滚打方式和工艺参数实现对冷滚打成形鳞纹缺陷的抑制,为提高制件表面质量和尺寸精度提供参考。     

基于Ansys Wrokbench的冷滚打设备主梁优化设计

根据冷滚打成形原理设计开发了冷滚打实验设备,运用Ansys Workbench进行参数化建模,对在滚打过程中有着承重和定位的作用的主梁进行静力学分析和模态分析,确定主梁的动静刚度是否能满足滚打过程中极限工况的要求;运用Ansys Workbench中的目标驱动优化(GDO)模块以质量最小为目标函数,对主梁进行拓扑和尺寸优化,在满足加工要求的前提下,优化改进后的滚打设备质量减少了20.4%。     

冷滚打成形件表面鳞纹表征参数的解析及修正研究

为了有效的控制其对冷滚打成形件表面质量的影响,对鳞纹的表征参数进行研究。依据冷滚打成形的基本原理,分析了鳞纹产生的原因;对不同滚打方式下鳞纹高度和鳞纹间宽进行理论解析,获得了其与滚打轮公转速度和工件水平进给速度之间的关系表达式;由于理论解析过程中没有考虑应变速率、滚打轮自转等因素的影响,计算结果误差较大,应用ABAQUS软件进行冷滚打成形仿真,根据仿真结果对鳞纹高度的表达式进行修正,使其能够更加准确地反映出不同工艺状态下的鳞纹高度。在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验,对工件表面产生的鳞纹进行测量,获得了鳞纹二维截面形状和鳞纹高度,与理论计算结果相互比较,验证了修正后鳞纹高度表达式的正确性,可为冷滚打成形技术中工件表面质量的控制和工艺参数的选择提供参考。     

一种新型齿轮冷滚打工艺分析

提出了一种基于展成原理的齿轮冷滚打方法,并对其进行运动学分析,得到了滚打轮与齿坯之间的传动比关系。为了避免冷滚打过程中打轮与齿坯的干涉问题,给出了安装角的计算方法;根据塑性成形中的体积不变原则,对渐开线齿轮冷滚打加工时的毛坯直径进行计算。参照滚刀的设计方法,完成了打轮结构的初步设计,给出了打轮有效齿数的计算方法;进行了齿轮冷滚打试验,初步验证了该工艺的可行性。     

曲线刃车刀片热力耦合场分析及其高速切削性能评价

在曲线刃车刀片刃口刃形对高速切削过程影响研究基础上,进行曲线刃车刀片高速切削加工热力耦合场分析,获得刀片刃形曲率半径与刃口钝圆半径对热力耦合场分布的影响规律,运用模糊物元方法对曲线刃车刀片高速切削铝合金性能进行评判.结果表明,高速切削铝合金时,随着刃形曲率半径增大,刀尖处热力耦合场分布得到明显改善;参与切削的切削刃热力耦合场其分析结果随刃口钝圆半径减小而减小;由刀尖向外扩展,刃形曲率半径由15mm减小至9mm,刃口钝圆半径为0.02mm的车刀片的高速切削性能得到增强,该结果为进行铝合金薄壁件高速车削加工技术研究提供了依据.     

冷滚打花键表面粗糙度加工参数域确定

为获得适用于不同工况的冷滚打花键表面粗糙度加工参数域,基于冷滚打花键成形原理,开展冷滚打花键表面粗糙度试验,利用试验结果构建冷滚打花键表面粗糙度响应曲面预测模型,采用方差分析法、试验样本测试及试验值与预测值对比分析,验证了预测模型切实可行,分析滚打轮转速、工件进给量与表面粗糙度的变化规律,基于表面粗糙度精度等级对照表确定了冷滚打花键表面粗糙度的加工参数域。研究结果表明:滚打轮转速976 r/min～2 936 r/min、工件进给量7 mm/min～56 mm/min范围内,随着滚打轮转速、工件进给量的逐渐增加,表面粗糙度呈现出先减小后增大的变化趋势;从每个精度等级对应的加工参数域中随机抽取五组加工参数进行试验,得到表面粗糙度试验值与预测值最大相对误差为2.75%,从而表明确定的冷滚打花键表面粗糙度加工参数域准确可靠。研究成果为控制冷滚打花键表面粗糙度具有重要的应用价值和一定的理论指导意义。     

高速干式滚齿切削热力耦合与工艺参数分析

为了方便优化高速干式切削工艺,对高速干式滚齿机切削进行热力耦合和工艺参数影响分析。首先结合高速干式滚齿加工的技术特点,对干式滚齿中切削力和切削温度场进行了理论建模。在此基础上,对滚刀单个刀齿的切削温度场进行有限元仿真分析,以获得滚刀前刀面的切削温度分布情况,实现仿真研究滚齿切削的可能性。然后以最高切削温度为研究目标,分析进给量、滚刀转速等工艺参数对滚齿加工过程的影响。最后在滚齿机上展开了干式滚齿切削实验。结果表明:随着滚刀转速的提升机床切削温度快速升高后慢慢降低并趋于稳定,且高转速有利于节约能耗;研究结果可对切削工艺的优化策略提供指导,为滚齿机的设计制造提供理论基础。     

冷滚打花键成形加工参数对表面粗糙度影响规律研究

为改善冷滚打成形花键表面粗糙度,提高冷滚打成形花键表面质量。根据冷滚打花键成形原理,研究冷滚打成形花键表面粗糙度主要影响因素(滚打轮转速、工件进给量、滚打方式、击打深度),定量分析滚打轮转速、工件进给量与表面粗糙度之间的关系,进行冷滚打花键试验。研究结果表明:表面粗糙度随滚打轮转速的增加整体呈现下降趋势,表面粗糙度随工件进给量的增加整体呈现上升趋势。滚打轮转速在1 581 r/min～2 032 r/min范围内,工件进给量在21mm/min～35 mm/min范围内,可获得合适的冷滚打花键表面粗糙度,得到理想的冷滚打成形花键表面质量。     

丝杠冷滚打成形过程金属流动规律研究

通过数值模拟与试验相结合的方法研究了丝杠冷滚打成形过程中的金属流动规律,论述了丝杠冷滚打成形原理,建立了丝杠冷滚打成形过程的数值模拟方案;根据对应力场、应变场数值模拟结果的分析,进行了丝杠冷滚打成形试验,对试验获得的丝杠工件金相组织变形、硬度分布及硬化层分布进行分析研究。结果表明:成形工件的齿槽底部最先滚打的点相比最后滚打的点变形量小;齿槽底部硬度增大,沿其底部法线方向有一定深度的硬化层,使材料硬度和强度得以提高;初步获得冷滚打过程中的金属流动规律,为进一步揭示丝杠冷滚打成形工艺的成形机理以及精确参数控制提供指导。     

块体材料冷滚打成形变形力研究

简述了块体材料冷滚打成形的基本原理,应用ABAQUS建立了块体材料冷滚打成形的有限元模型并进行了模拟仿真,根据模拟结果,分析了块体材料冷滚打成形过程中变形力的变化情况及各工艺参数对变形力的影响规律。进行了初步的冷滚打成形试验,将仿真结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元仿真的正确性。     

板材热轧热力耦合有限元模拟

建立了三维热力耦合问题弹塑性有限变形有限元方法,并对板材热轧过程进行了计算机模拟。材料流动应力模型中考虑了应变历史、应变速率和温度的影响,导出了与其相应的本构关系矩阵。应用该方法可以给出轧件变形过程中诸如温度场、应变场和应变速率场等各种热力结果。算例表明,该方法具有较好的精度。     

分体夹装式冷滚打主轴设计及可靠性分析

针对冷滚打成形中主轴受高频冲击的特点,对现有冷滚打主轴结构进行改进,给出了一种分体夹装式冷滚打主轴结构,并建立了相应的有限元分析模型。通过数值模拟的方法得到了该结构的模态和受力情况,验证了该结构的可行性。在此基础上,设计了用于C630车床的冷滚打实验用主轴,采用LMS系统得到了该主轴的前三阶模态,并通过和数值模拟方法所得结果进行对比,验证了有限元分析方法和结果的有效性。在C630车床上用该主轴结构对紫铜和20钢块料进行了冷滚打成形实验,进一步证明了分体夹装式冷滚打主轴结构的可行性。