钢球毛坯冷镦成形的有限元模拟

论文摘要

本文根据金属塑性成形的基本原理,以钢球毛坯冷镦成形为研究对象,利用现代有限元模拟和实验相结合的研究方法,借助大型商用有限元软件DEFORM,通过建立简化的物理模型,模拟了钢球毛坯冷镦成形的过程,得出了金属在模腔中的流动规律。根据钢球毛坯冷镦模具的特点,以φ7.938mm、φ12.7mm、φ19.75mm三个规格的钢球毛坯为例,模拟三个规格钢球毛坯在模具型腔锥角a分别为45°、50°、55°、60°的四组模具中的成形过程。根据钢球毛坯生产的实际要求,在饱满度、环带宽、模具受力、圆度四方面进行分析比较,从四组模型中选出具有最佳锥角的模具。根据压缩比的范围,选取体积相同的几组不同原材料直径的坯料,在同一模具中进行冷镦成形模拟。从球坯形状、模具受力、球坯应力三方面进行分析比较,从中选取该规格钢球最适合的原材料直径,进而确定钢球毛坯冷镦成形的最佳压缩比范围。以φ19.75mm钢球为例,对实际生产中不可见的钢球毛坯的等效应力、缺陷的形成等情况进行了模拟和分析。帮助工程技术人员解决生产中出现的一些问题。根据模拟结果制定钢球毛坯冷镦成形的工艺参数及模具参数。将通过模拟制定的工艺及模具参数在生产实际中进行了验证,将所得到的毛坯球同改进前的毛坯在球坯外形、加工效率、模具寿命等方面进行了比较,验证了有限元模拟在钢球毛坯冷镦成形生产加工中的可行性。通过以上工作帮助设计人员优化工艺参数和模具参数。为钢球毛坯的生产加工提供了技术支持.

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 钢球毛坯冷镦成形研究的目的和意义
• 1.2 钢球毛坯生产现状
• 1.2.1 国外钢球毛坯生产现状
• 1.2.2 国内钢球毛坯生产现状
• 1.3 论文的主要工作内容
• 第2章 钢球毛坯的冷镦成形
• 2.1 钢球毛坯冷镦成形的方法
• 2.2 钢球毛坯冷镦的变形特点
• 2.2.1 球形球坯
• 2.2.2 锥鼓形球坯
• 2.3 钢球毛坯冷镦的相关计算
• 2.4 钢球毛坯冷镦模具
• 2.4.1 钢球毛坯冷镦模具的外形及材料
• 2.4.2 球窝半径R及球窝深度H的计算
• 2.5 工艺及模具设计的要点
• 2.6 本章小结
• 第3章 钢球毛坯冷镦模型的建立
• 3.1 金属塑性变形有限元基础
• 3.1.1 刚（粘）塑性有限元
• 3.1.2 刚-粘塑性有限元法的基本原理
• 3.1.3 刚-粘塑性材料流动的基本方程
• 3.2 钢球毛坯冷镦模型的建立
• 3.2.1 坯料的几何模型
• 3.2.2 模具几何模型
• 3.2.3 材料模型的建立
• 3.2.4 模具的定位及载荷
• 3.2.5 边界条件
• 3.2.6 摩擦模型的建立
• 3.2.7 网格划分
• 3.3 本章小结
• 第4章 钢球毛坯冷镦成形的模拟
• 4.1 钢球毛坯冷镦成形过程的模拟
• 4.2 锥鼓形毛坯最佳模具锥角的选取
• 4.2.1 锥鼓形毛坯球的评价准则
• 4.2.2 不同模具型腔锥角的钢球毛坯模拟分析
• 4.3 原材料料径的选取
• 4.3.1 原材料料径的选取原则
• 4.3.2 不同原材料料径的钢球毛坯的模拟分析
• 4.4 钢球毛坯冷镦成形过程中等效应力的分析
• 4.5 钢球毛坯缺陷形成的模拟分析
• 4.5.1 钢球毛坯缺陷之一垫伤
• 4.5.2 钢球毛坯缺陷之二裂纹
• 4.6 本章小结
• 第5章 钢球毛坯冷镦成形试验
• 5.1 钢球毛坯冷镦试验条件
• 5.1.1 钢球毛坯成形设备及工艺参数
• 5.1.2 φ19.75mm钢球毛坯坯料及模具参数
• 5.2 钢球毛坯冷镦成形试验
• 5.3 钢球毛坯冷镦试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读工程硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 个人简历