弹膛精锻加工过程数值模拟及工艺参数影响研究

论文摘要

枪管是一种厚壁空心管件，由线膛、弹膛、外表面三部分组成。在现行枪管加工工艺中，基本采取径向锻造线膛，机加工外表面与弹膛，生产效率低下，机加工出的弹膛部分组织细密性、耐磨抗蚀差，表面粗糙度难以保证。在弹膛的锻压过程中，其可行性、成形质量（含充满成形、折叠、组织缺陷等）、材料利用率以及如何降低锻压力、提高模具使用寿命等，都是在制定成形工艺时必须重点考虑的。本文针对弹膛成形中的锻压加工中的以上几点关键技术，基于有限元刚塑性理论使用Ls-dyna对其成形过程进行模拟，进行了如下工作：（1）分析了摩擦系数、轴向进给对于锻压力、应变分布的影响，降低了锻压力、改善了应变分布情况。（2）分析了坯料外径对于成形质量、锻压力、锻透程度、应变分布的影响，合理选择了坯料外径，很好地解决了充满成形问题，降低了锻压力、改善了应变分布情况。（3）分析了弹膛内锥面的高度及长度对成形情况的影响进行了分析，综合考虑在不同高度及长度下的成形及应变分布情况，得出了在成形加工中可以实现的极限高度及长度，为指导相关设计打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 锻造业发展现状
• 1.2.2 有限元数字模拟研究与应用
• 1.2.3 金属塑性成形过程的有限元仿真技术
• 1.3 软件介绍
• 1.3.1 LS-DYNA功能
• 1.3.2 HyperMesh功能
• 1.3.3 有限元建模流程
• 1.4 本课题研究内容
• 2 刚塑性有限元理论
• 2.1 引言
• 2.2 有限元的基本思想
• 2.3 刚塑性基本假设和基本方程
• 2.3.1 刚塑性基本假设
• 2.3.2 刚塑性基本方程
• 2.4 刚塑性变形的广义变分原理
• 2.5 刚塑性有限元求解步骤
• 3 工艺方案及参数介绍
• 3.1 工艺方案
• 3.1.1 毛坯的确定
• 3.1.2 热处理
• 3.1.3 工艺流程
• 3.1.4 锤头设计
• 3.1.5 芯棒设计
• 3.2 工艺参数
• 3.2.1 压缩率
• 3.2.2 轴向进给速度
• 3.2.3 径向进给速度
• 3.2.4 机械加工余量
• 3.3.5 锻件转速
• 3.2.6 润滑状况
• 3.3 锻造过程中可能出现的缺陷
• 3.3.1 表面折叠
• 3.3.2 充不满
• 4 弹膛成形过程模拟仿真及参数影响规律分析与优化
• 4.1 有限元模型
• 4.1.1 有限元模拟计算步骤
• 4.1.2 有限元模型的建立
• 4.1.3 模型材料
• 4.2 成形过程的应力分布图
• 4.3 成形过程的应变分布图
• 4.4 轴向进给的分析
• 4.4.1 轴向进给的对表面成形质量及锻压力的影响
• 4.4.2 轴向进给对应变分布的影响
• 4.4.3 轴向进给对应力的影响
• 4.5 摩擦系数的分析
• 4.5.1 摩擦系数的对表面成形质量及锻压力的影响
• 4.5.2 摩擦系数的对应变的影响
• 4.5.3 摩擦系数的对应力的影响
• 4.6 坯料外径的分析
• 4.6.1 坯料外径对表面成形情况及锻压力的影响
• 4.6.2 坯料外径对应变状态的影响
• 4.6.3 坯料外径对应力状态的影响
• 4.7 弹膛内锥高度及长度的分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献