冷滚打花键动态本构关系仿真实验研究
发布时间：2020-07-15 02:42
【摘要】： 花键是一种常用的机械传动零件,而花键的冷滚打成形是一种无屑加工方式,它通过一对高速旋转的滚打轮对工件进行强力冲击,使工件材料发生塑性变形而形成花键齿。与传统的加工工艺相比,该工艺不仅生产效率高、钢材消耗少,且因加工硬化等特点,能显著改善花键的表面硬度和表面质量,使其承载能力、使用寿命大为提高。虽然已有一些研究者对这种绿色制造技术在成形机理、成形力、机床设计和滚打轮修形等方面展开了研究,但对工件材料的动态力学性能及不同冷滚打加工速度下工件的应力、应变的变化规律却鲜有涉及,而这些因素都影响到冷滚打花键的加工效率、滚轮使用寿命等问题。 本文以塑性力学为基础,借助于动态冲击实验、显式有限元分析软件等,确定了适于40Cr材料的Cowper-Symonds动态本构模型,通过霍普金森压杆实验系统(SHPB)研究了该材料的动态性能,并确定了其动态本构模型的参数;在此基础上,采用有限元软件LS-DYNA对不同滚打速度下的花键成形过程进行了仿真,根据应力、应变的变化情况讨论了不同的冷滚打速度对花键成形的影响;在考虑了应力、应变变化规律及工件材料的动态特性后,确定了合适的花键冷滚打速度并进行了冷滚打实验加工;通过选取试样进行实验研究,对花键齿纤维组织和齿底残余应力等进行了观察和检测,分析了冷滚打花键的力学性能;通过测量花键表层硬度分布及表面粗糙度,研究了花键的机械性能。最终揭示了冷滚打成形提高花键齿面性能的机理,所得研究结果为花键冷滚打成形工艺设计和实际生产提供了重要的参考价值。
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH131.4
【图文】：
还可用于啮合齿轮铣削后的表面精整[15]。工技术做了简单的介绍。可见，花键的加工术代替传统的切削加工。工艺简介形方法是一种连续的局部成形法，其利用金力的特点，用一对与花键齿形一致的滚打轮性变形而形成齿形的工艺过程[12]，其工作原分度制。一对滚打轮安装在滚打轮中心轴(滚件轴线与滚打轮轴线相互垂直。在滚打时，互侵蚀，在滚打轮的作用下轴坯外圆部分金此同时，滚打轮在摩擦力作用下可绕其自身运动。滚打轮绕中心轴每旋转一周，滚打工全长上均匀形成齿槽。
其整个工作流程可以用图2-1 描述。图 2-1 冷滚打花键仿真流程图Fig.2-1 Flow process chart of involute spline simulation（1）工艺参数分析阶段。经过分析零件工艺规程，得到花键轴的基本参数和冷滚打加工工艺参数，其中前者包括轴坯直径 D、花键齿数 Z、模数 m、压力角α等；后者主要是指滚打轮外形参数、绕公转轴转动速度ω 及工件轴向进给速度v等；并分析滚打轮和工件之间的位置关系。由此可以为前处理阶段的有限元模型建立提供依据。（2）前处理阶段。按照上述参数，首先在 ANSYS/LS-DYNA 软件中建立花键冷滚打几何模型，经选择合适单元类型及材料参数后，对模型并进行网格划分；之后，根据实际加工条件对有限元模型进行约束、加载，并设定求解时间、能量等参数；最后形成 LS-DYNA 求解时所需要的 k 文件。（3）求解器计算阶段。使用 LS-DYNA 971 求解器对花键冷滚打成形过程进行求解。19
411, 2,3 1, 2, ,8ik k ij jkjf a h i k== ∑ Γ = =（ijh 为沙漏模态的模，其算式为kij jkih = ∑ xΓ（于沙漏模态与实际变形的其他基矢量正交，沙漏模态在运算中不断漏粘性阻尼力做的功在总能量中可以忽略，沙漏粘性阻尼的计算比机时极少。）罚函数法称罚函数法是 LS-DYNA 在处理接触问题时的缺省算法。如图 2-2为：在每一时间步长先检查各从节点是否穿透主界面，没有穿透则做任何处理。如果穿透，则在该从节点与从表面间引入一个较大的大小于穿透深度、接触刚度成正比，称为罚函数值。其物理意义相置一系列法向弹簧，限制穿透。
本文编号：2755854
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH131.4
【图文】：
还可用于啮合齿轮铣削后的表面精整[15]。工技术做了简单的介绍。可见，花键的加工术代替传统的切削加工。工艺简介形方法是一种连续的局部成形法，其利用金力的特点，用一对与花键齿形一致的滚打轮性变形而形成齿形的工艺过程[12]，其工作原分度制。一对滚打轮安装在滚打轮中心轴(滚件轴线与滚打轮轴线相互垂直。在滚打时，互侵蚀，在滚打轮的作用下轴坯外圆部分金此同时，滚打轮在摩擦力作用下可绕其自身运动。滚打轮绕中心轴每旋转一周，滚打工全长上均匀形成齿槽。
其整个工作流程可以用图2-1 描述。图 2-1 冷滚打花键仿真流程图Fig.2-1 Flow process chart of involute spline simulation（1）工艺参数分析阶段。经过分析零件工艺规程，得到花键轴的基本参数和冷滚打加工工艺参数，其中前者包括轴坯直径 D、花键齿数 Z、模数 m、压力角α等；后者主要是指滚打轮外形参数、绕公转轴转动速度ω 及工件轴向进给速度v等；并分析滚打轮和工件之间的位置关系。由此可以为前处理阶段的有限元模型建立提供依据。（2）前处理阶段。按照上述参数，首先在 ANSYS/LS-DYNA 软件中建立花键冷滚打几何模型，经选择合适单元类型及材料参数后，对模型并进行网格划分；之后，根据实际加工条件对有限元模型进行约束、加载，并设定求解时间、能量等参数；最后形成 LS-DYNA 求解时所需要的 k 文件。（3）求解器计算阶段。使用 LS-DYNA 971 求解器对花键冷滚打成形过程进行求解。19
411, 2,3 1, 2, ,8ik k ij jkjf a h i k== ∑ Γ = =（ijh 为沙漏模态的模，其算式为kij jkih = ∑ xΓ（于沙漏模态与实际变形的其他基矢量正交，沙漏模态在运算中不断漏粘性阻尼力做的功在总能量中可以忽略，沙漏粘性阻尼的计算比机时极少。）罚函数法称罚函数法是 LS-DYNA 在处理接触问题时的缺省算法。如图 2-2为：在每一时间步长先检查各从节点是否穿透主界面，没有穿透则做任何处理。如果穿透，则在该从节点与从表面间引入一个较大的大小于穿透深度、接触刚度成正比，称为罚函数值。其物理意义相置一系列法向弹簧，限制穿透。
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 刘红梅;螺纹冷滚压成形数值模拟软件系统开发[D];太原科技大学;2011年
本文编号：2755854
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