Q460高强度钢内螺纹冷挤压工艺基础研究

论文摘要

目前,针对起落架用内螺纹件,采用切削加工法制造的内螺纹导致起落架的疲劳寿命只有飞机整体寿命的三分之一。因此,采用先进的抗疲劳制造工艺提高内螺纹的疲劳强度,使起落架达到与飞机机体同等的寿命,显得尤为重要。本文对Q460高强度钢内螺纹开展冷挤压抗疲劳制造工艺研究,主要工作和取得的成果如下:1.对内螺纹冷挤压成形机理进行分析,结果表明:内螺纹冷挤压成形是利用挤压丝锥的棱齿反复挤压工件金属,使之产生塑性变形的过程。挤压后内螺纹表面组织纤维化并沿牙形分布,螺纹牙根表层存在一定的加工硬化层,使得挤压内螺纹的抗拉强度和抗疲劳性能都得到了提高。2.对Q460高强度钢开展单向拉伸试验研究,获得该种材料的应力应变曲线,为后续有限元模拟奠定基础;并且得到该种材料的一系列性能参数,如:屈服强度为810MPa,抗拉强度为925MPa,延伸率为18.56%,断面收缩率为47.3%。3.基于ANSYS对冷挤压后内螺纹牙形区域进行数值模拟,获得其应力、应变规律。结果表明:冷挤压内螺纹牙根和牙侧均受到轴向和径向压应力作用,而压应力的存在对牙根和牙侧的强化将起到重要作用;牙根部位轴向压应力最大值为525MPa,径向压应力最大值为550MPa;牙侧部位轴向压应力最大值为725MPa,径向压应力最大值为360MPa;距离牙根和牙侧越远,压应力值越小。4.对Q460高强度钢开展内螺纹冷挤压成形工艺研究,结果表明:工件底孔直径、工件转速及冷却润滑液种类对冷挤压过程中产生的挤压扭矩和挤压温度的影响较大,而合理的工件底孔直径、工件转速及冷却润滑可以降低挤压扭矩和挤压温度;指出工件底孔直径在21.24mm～21.26mm之间,工件转速在20r/min～32r/min之间,冷却润滑液为聚二甲基硅氧烷(PDMS)时,冷挤压内螺纹的质量较高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景和意义
• 1.2 内螺纹冷挤压的国内外研究现状
• 1.3 有限元仿真技术在塑性成形中的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 内螺纹冷挤压成形机理及成形工艺
• 2.1 内螺纹冷挤压成形机理
• 2.1.1 内螺纹冷挤压理论基础
• 2.1.2 内螺纹冷挤压成形过程
• 2.1.3 挤压变形区的金属力学分析
• 2.2 影响内螺纹冷挤压成形因素
• 2.2.1 工件材料的性能要求
• 2.2.2 工件材料的底孔直径
• 2.2.3 内螺纹冷挤压速度
• 2.2.4 冷挤压冷却润滑液选择
• 2.3 本章小结
• 第三章 冷挤压过程有限元数值模拟的基础理论
• 3.1 弹塑性有限元法理论基础
• 3.1.1 小变形弹塑性有限元法
• 3.1.2 大变形弹塑性有限元法
• 3.2 刚塑性有限元法理论基础
• 3.2.1 刚塑性有限元法的基本方程
• 3.2.2 刚塑性有限元单元与形函数
• 3.3 有限元软件ANSYS 介绍
• 3.3.1 ANSYS 分析软件简介
• 3.3.2 ANSYS 分析软件的实现
• 3.4 本章小结
• 第四章 冷挤压后内螺纹牙形区域的数值仿真
• 4.1 Q460 高强度钢的拉伸试验
• 4.1.1 拉伸试验设备和试样制作
• 4.1.2 拉伸试验结果分析
• 4.2 仿真过程的研究方法
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 有限元模型的提取
• 4.2.3 有限元模型的前处理
• 4.2.4 有限元求解
• 4.3 仿真结果处理和分析
• 4.3.1 内螺纹冷挤压牙形成形过程
• 4.3.2 内螺纹牙形区域的应力分析
• 4.3.3 内螺纹牙形区域的应变分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 内螺纹的冷挤压成形工艺
• 5.1 内螺纹冷挤压成形的实验设计
• 5.2 工件底孔直径对内螺纹成形过程的影响
• 5.2.1 挤压扭矩
• 5.2.2 挤压温度
• 5.3 挤压速度对内螺纹成形过程的影响
• 5.3.1 挤压扭矩
• 5.3.2 挤压温度
• 5.4 冷却润滑液对内螺纹成形过程的影响
• 5.4.1 挤压扭矩
• 5.4.2 挤压温度
• 5.5 挤压螺纹的质量分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文