厚壁管件有芯棒开式冷挤压成形关键工艺参数的研究

论文摘要

开式冷挤压是一种节材、高效的先进成形工艺。机械制造、交通运输、航空航天等各行业中应用的轴套类零件目前仍采用纯切削或热锻加切削的工艺生产,材料浪费严重,效率低下。轴套类零件是机械制造等行业中的一种重要零件,其年产量达到上亿吨,极适合以开式冷挤压的方式生产。开式冷挤压工艺按内孔是否受约束分为无芯棒开式冷挤压与有芯棒开式冷挤压。本课题组已对无芯棒开式冷挤压工艺进行了大量系统的研究,而对于内孔有尺寸要求的轴套类零件,采用有芯棒开式冷挤压更合适。但有芯棒开式冷挤压工艺的研究在现有文献中尚未见报道,本论文即主要针对有芯棒开式冷挤压进行研究。本文通过采用理论建模、数值模拟和工艺试验相结合的方法进行研究。主要针对以下内容进行了研究:1)综合厚壁管有芯棒开式冷挤压中外缩径内径不变、内扩径外径不变与外缩径内扩径三种工艺类型,通过对变形过程的分析,确立了该工艺的成形参数、力能参数、模具结构参数、物理参数等影响参数。2)基于流体力学理论,并采用流函数与上限法相结合的方法,建立了动可容速度场,进而建立了适用于三种工艺类型的通用理论模型。3)利用已建立的理论模型对挤压力、挤压功率、极限变形程度等重要参数进行了计算,探讨了各参数(厚径比、摩擦系数、模具锥角等)对上述参数的影响规律。4)在理论参数可行范围内,进行大量数值模拟,对挤压过程中的变形情况、应力场、应变场、速率场、应变速率场的分布等进行了分析,并优选典型参数进行实验,对理论、模拟与实验结果进行对比分析。5)通过以上大量研究,确定了模具的最佳锥角及不同参数组合下的成形极限范围,为模具的设计及有芯棒开式冷挤压工艺的制订奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题提出的背景及意义
• 1.2 开式冷挤压技术的国内外现状及发展趋势
• 1.2.1 开式冷挤压技术国内外发展研究状况
• 1.2.2 冷挤压理论研究方法现状
• 1.3 课题研究的主要内容和方法
• 1.3.1 课题研究的主要内容
• 1.3.2 课题的研究方法
• 第2章 厚壁管有芯棒开式冷挤压理论建模研究
• 2.1 有芯棒开式冷挤压概述
• 2.1.1 有芯棒开式冷挤压成形过程
• 2.1.2 厚壁管有芯棒开式冷挤压工艺类型
• 2.1.3 厚壁管有芯棒开式冷挤压的基本参数
• 2.2 流函数法速度场的建立
• 2.2.1 塑性变形区边界和速度间断线的选定
• 2.2.2 流线方程的设定
• 2.2.3 流函数方程及速度场的建立
• 2.3 有芯棒开式冷挤压成形的上限功率
• 2.4 本章小结
• 第3章 厚壁管有芯棒开式冷挤压工艺参数研究
• 3.1 各参数对挤压功率的影响分析
• 3.1.1 模具锥角对挤压功率的影响
• 3.1.2 外缩曲线形态分析
• 3.1.3 内扩与外缩曲线形态的比较
• 3.2 各参数对挤压力的影响分析
• 3.2.1 模具锥角对挤压力的影响
• 3.2.2 变形程度对挤压力的影响
• 3.2.3 摩擦系数对挤压力的影响
• 0 对稳态挤压力的影响'>3.2.4 坯料的直径D₀对稳态挤压力的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 有芯棒开式冷挤压极限变形程度研究
• 4.1 有芯棒开式冷挤压极限变形程度的理论计算
• 4.1.1 有芯棒开式冷挤压极限变形程度的理论判据
• 4.1.2 极限变形程度的计算程序框图
• 4.2 极限变形程度的理论求解及模拟
• 4.2.1 极限变形程度的理论结果及分析
• 4.2.2 极限变形程度的模拟验证
• 4.3 厚壁管件有芯棒开式冷挤压成形的成形规律模拟分析
• 4.4 厚壁管件有芯棒开式冷挤压成形的成形极限及分析
• 4.5 外缩内扩成形探讨
• 4.5.1 外缩内扩工艺研究方法的确立
• 4.5.2 外缩内扩理论关系曲线
• 4.6 本章小结
• 第5章 厚壁管件有芯棒开式冷挤压工艺的实验研究
• 5.1 极限变形程度的实验研究
• 5.1.1 实验原理及方案的拟定
• 5.1.2 实验准备
• 5.2 实验与理论和模拟结果的比较
• 5.2.1 实验结果分析
• 5.2.2 坯料挤压后的硬度研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢