电液颤振冷挤压成形数值模拟与表面效应研究

发布时间：2018-12-15 14:35

【摘要】：近年来,随着国内外汽车工业的飞速发展,越来越多的汽车零部件由切削工艺改为冷挤压加工。然而对于冷挤压加工被业内称为所谓的“难成形零件”(体积尺寸大、精度要求高、形状复杂、常温下金属流动性差、成形变形抗力大等),则需要价格高昂的大吨位压力机,而使得企业往往难以承受,并要求模具材料具有高强度的同时,还需具备足够的冲击韧性、耐磨性和回火稳定性。为解决“难成形零件”的冷挤压加工技术问题,本论文在国家自然科学基金项目“高频颤振激励下金属塑性成形过程表面效应及其致成机理研究”的资助下,开展电液颤振冷挤压成形数值模拟建模分析和实验研究,探究电液颤振冷挤压成形过程的表面效应,总结归纳理想电液颤振条件与规律,以期形成电液颤振冷挤压关键工艺。本论文的主要研究工作和成果如下:(1)分别对传统反挤压和电液颤振反挤压两种工作状态进行力学分析,采用主应力法,基于非局部摩擦模型,运用Taylor级数和Mises屈服准则,推导了两种挤压工作状态下的摩擦力及总挤压力的计算公式,并结合KpareЛbckИЙ提出的摩擦系数和滑动速度关系式以及冲头与坯料之间周期性的脱离和接触效应,分析颤振对界面摩擦系数、摩擦力和挤压力的影响,发现:对顶杆和挤压筒施加颤振具有减摩降载作用,颤振最大速度越大其效果越明显,并存在一个临界值,挤压筒与坯料界面的减摩效果是降载作用的关键。(2)利用DEFORM-3D软件分别对传统反挤压和颤振反挤压成形过程进行有限元模拟仿真,结果表明:颤振可改变成形过程中的材料流动规律,使得局部区域的材料流动速度大于传统挤压时的流动速度;当施加的颤振最大速度小于挤压速度时,颤振并不能降低其挤压力与摩擦力,对等效应变的影响也并不显著;当颤振最大速度大于挤压速度时,颤振可显著降低其挤压力与摩擦力,改变材料应变分布。(3)搭建电液颤振冷挤压实验平台,实验研究6061铝合金反挤压过程,实验表明:较之于传统挤压方式,当引入颤振激励后,坯料在成形过程中最后成形阶段的稳定行程载荷明显降低,颤振最大速度越高,其效果越明显,当工具的颤振频率为200Hz、幅值为0.012mm时,该值降低约8.22%,获得的成形件底面和侧面硬度平均值分别为427HV和387 HV,较传统冷挤压获得的成形件硬度191HV和204HV明显要高。同时在顶杆颤振和冲头挤压的双重作用下,金属材料流线发生明显变化,成形件杯底出现明显的金属流线界限,成形件的表面质量得到改善。(4)设计制作等杯径双杯复合挤成形工具并进行实验,结合摩擦系数理论标定曲线,获得不同电液颤振下的摩擦系数。结果表明:在传统冷挤压条件下,工具与材料边界面的摩擦系数约为0.167,当下冲头和挤压筒分别施加频率为100Hz、幅值为0.012mm和频率为200Hz、幅值为0.012mm的电液颤振时,其边界面摩擦系数分别下降为0.045和0.038。(5)以汽车万向节十字轴套为载体,有限元分析和实验研究电液颤振冷挤压工艺,结果显示:当施加颤振频率为200Hz、输入油液压力8MPa时,最大挤压力可下降5.1%,表面粗糙度Ra从0.755μm下降到0.503μm,增大输入电液颤振台的油液压力比提高颤振频率对降载更有效,当颤振速度达到一定值后,颤振对成形力减小的作用会减弱;颤振会使邻近挤压筒侧壁的变形区材料应力分布随颤振周期上下移动;提高颤振频率较之于增加输入油液压力更能改善成形件的微观表面质量及表面粗糙度,而过高的输入油液压力会降低成形件表面质量;颤振可使获得的成形件硬度分布更为均匀。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of automobile industry at home and abroad, more and more auto parts are changed from cutting process to cold extrusion processing. however, for cold extrusion, it is known as that so-called 鈥渄ifficult-to-form part鈥，

本文编号：2380824