变温度场下管材缩口变形规律及增厚成形工艺研究

发布时间：2017-09-25 23:30

  本文关键词：变温度场下管材缩口变形规律及增厚成形工艺研究

  更多相关文章： 20Mn2合金钢 缩口力 变温度场 挂车主轴 多向挤压

【摘要】：材料的节能、节材精密快捷成形是塑性成形的重要发展趋势之一,管材精密塑性成形已经成为空心结构件成形和生产的重要方式,符合材料节能节材绿色制造及近净成形的发展方向。管材精密热缩口成形工艺是空心结构件的主要成形方式之一,结构件对成形尺寸和壁厚要求很高,而现有的文献对该部分研究较少。本论文以轴用无缝管20Mn2合金钢温、热缩口过程为研究对象,研究了20Mn2合金钢热锻条件下的力学特征,构建了温、热态本构方程。从减小缩口系数和控制壁厚增厚的角度研究了变温缩口工艺,通过理论研究推导出了变温缩口成形缩口力计算公式。通过商业软件二次开发实现了变温度场缩口的数值模拟,并将该工艺应用于挂车后桥主轴成形过程,取得如下创新性成果:通过热压缩实验获得了20Mn2合金钢温、热流变行为,获得了材料温、热条件下的本构方程。根据变温成形新工艺要求,通过DEFORM用户子程序技术实现了变温度场的数值模拟,对比分析了均温缩口与变温缩口成形过程。通过主应力法推导出基于Arrhenius双曲正弦函数关系的缩口力公式,结合失稳准则,通过理论计算与数值模拟方法研究了不同工艺参数以及变温度场斜率对极限缩口系数的影响。通过正交实验使用数值模拟方法研究了不同工艺参数对管材壁厚增厚的影响,并确定了各工艺参数的影响的主次关系。结合减小缩口系数和增大管材壁厚两方面总结并分析了线性温度场缩口不同工艺参数的选取原则。提出并应用了通过改变温度场实现减小缩口系数和控制壁厚增厚与分布的新方法。根据挂车后桥主轴成形特点提出了主轴成形三工序成形方案,对各工序进行了数值研究,揭示了各工序的金属流动规律、成形力的变化,分析了不同工艺参数对成形规律、壁厚增厚与最终成形件贴合成形的影响,通过数值模拟优化出较佳的关键成形参数选择范围,同时分析了金属流线和模具应力的变化。通过工业试验验证了本论文提出的挂车后桥主轴变温成形新工艺的可行性,挤压出长度和壁厚尺寸都满足图纸要求的整体主轴,大大简化了现有挂车主轴挤压成形工艺,实现了挂车主轴成形的少火次、短工序的精密快捷成形。对成形缺陷产生原因进行了分析,并提出了解决措施。
【关键词】：20Mn2合金钢 缩口力 变温度场 挂车主轴 多向挤压
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.1.2 课题来源13-14
• 1.2 相关技术研究的发展动态与现状14-22
• 1.2.1 变温度场控制塑性成形工艺研究进展14-17
• 1.2.2 变温度场控制研究进展17
• 1.2.3 管材缩口成形研究现状及发展趋势17-19
• 1.2.4 数值模拟技术在感应加热中的应用研究进展19-20
• 1.2.5 挂车后桥车轴的研究概况20-22
• 1.3 研究内容22-23
• 第二章 20Mn2合金钢冷、温、热变形行为实验研究23-33
• 2.1 20Mn2合金钢热压缩实验23-25
• 2.1.1 实验材料23-24
• 2.1.2 实验过程与实验方案24-25
• 2.2 20Mn2的冷、温、热变形行为25-27
• 2.2.1 20Mn2合金钢热压缩实验真应力-应变关曲线25-26
• 2.2.2 20Mn2合金钢热变形行为分析26-27
• 2.3 20Mn2合金钢冷、温、热温度区间本构方程确定27-32
• 2.3.1 20Mn2合金钢冷态下本构方程27-28
• 2.3.2 20Mn2合金钢温热态下本构方程28-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 管材缩口成形工艺与数值模拟条件33-56
• 3.1 锥形缩口工艺简介与锥形缩口模型关键参数定义33-36
• 3.1.1 缩口工艺的定义与分类33-35
• 3.1.2 锥形缩口物理模型与参数定义35-36
• 3.2 管材缩口模型与变温缩口工艺的提出36-38
• 3.2.1 研究对象的选择36-37
• 3.2.2 缩口模型的确定37
• 3.2.3 变温缩口工艺的提出37-38
• 3.3 数值模拟基本条件分析与确定38-41
• 3.3.1 刚塑性有限元理论38-39
• 3.3.2 数值模拟相关参数定义39-40
• 3.3.3 温度场模拟参数选择40
• 3.3.4 锥形缩口物理模型与有限元模型建立40-41
• 3.4 摩擦条件分析与确定41-43
• 3.4.1 石墨润滑剂特性指标41-42
• 3.4.2 水基石墨润滑剂温度特性42-43
• 3.4.3 摩擦条件确定43
• 3.5 温度场的添加与DEFORM用户子程序技术43-47
• 3.5.1 使用前处理定义方式添加温度场43-44
• 3.5.2 通过DEFORM子程序接口添加温度场44-47
• 3.6 缩口工艺数值分析47-54
• 3.6.1 管材高温缩口过程典型变形阶段分析47-49
• 3.6.2 均温缩口和变温缩口成形特点对比分析49-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第四章 缩口力计算与管材壁厚增厚研究56-85
• 4.1 锥形凹模缩口力的主应力法计算56-64
• 4.1.1 冷成形下缩口力计算56-59
• 4.1.2 高温成形下缩口力计算59-60
• 4.1.3 基于Arrhenius双曲正弦函数本构方程的缩口力计算60-61
• 4.1.4 线性温度场下缩口力计算61-63
• 4.1.5 缩口凹模圆角计算63-64
• 4.2 关键工艺参数对缩口力的影响64-71
• 4.2.1 变形温度、模具速度对缩口力的影响64-66
• 4.2.2 缩口系数、模具半锥角对缩口力的影响66-67
• 4.2.3 摩擦系数、管材壁厚和管材直径对缩口力的影响67-68
• 4.2.4 线性温度场斜率对缩口力的影响68
• 4.2.5 凹模圆角对缩口力的影响68-71
• 4.3 管材失稳计算与极限缩口系数研究71-75
• 4.3.1 管材失稳判据71-72
• 4.3.2 缩口系数一定时不同温度和成形速度下失稳图72-73
• 4.3.3 变形温度、变形速度对极限缩口系数的影响73
• 4.3.4 管材几何尺寸对极限缩口系数的影响73-74
• 4.3.5 线性温度场斜率对极限缩口系数的影响理论计算74-75
• 4.4 极限缩口系数数值研究75-77
• 4.4.1 均温缩口下温度对极限缩口系数的影响75-76
• 4.4.2 线性温度场斜率对极限缩口系数的影响76-77
• 4.5 管材壁厚增厚的研究77-84
• 4.5.1 管材缩口壁厚增厚评价与实验方法选择78-79
• 4.5.2 数值模拟实验设计79-81
• 4.5.3 实验结果分析81-82
• 4.5.4 线性温度场下不同工艺参数确定原则82-84
• 4.6 本章小结84-85
• 第五章 挂车后桥主轴挤压成形工艺有限元模拟85-104
• 5.1 挂车后桥主轴成形难点分析与成形工艺的制定85-87
• 5.1.1 挂车后桥主轴成形特点分析85-86
• 5.1.2 挂车后桥主轴成形工艺制定86-87
• 5.2 闭式镦粗工序金属流动特点以及温度场影响规律87-90
• 5.2.1 闭式镦粗增厚工艺的温度场及模拟方案的确定87-89
• 5.2.2 模拟结果分析89-90
• 5.3 线性温度场一次挤压成形数值分析90-95
• 5.3.1 温度场与模拟条件确定90-91
• 5.3.2 线性温度场一次缩口成形过程分析91-92
• 5.3.3 一次挤压工序不同斜率下极限缩口系数研究92-93
• 5.3.4 线性温度场斜率和端点温度对一次挤压成形的影响93-94
• 5.3.5 模具半锥角和缩口系数对一次挤压成形的影响94-95
• 5.4 终挤压成形工序数值研究95-102
• 5.4.1 终挤压成形过程95-97
• 5.4.2 一次挤压工序行程对终挤压成形的影响97-98
• 5.4.3 一次挤压工序模具半锥角对终挤压成形的影响98-99
• 5.4.4 一次挤压工序缩口系数对终挤压成形的影响99-100
• 5.4.5 不同闭式镦粗温度场对终挤压成形的影响100-101
• 5.4.6 终挤压成形温度场斜率确定101-102
• 5.5 金属流线与模具应力分析102-103
• 5.6 本章小结103-104
• 第六章 挂车后桥主轴挤压成形工艺试验研究104-114
• 6.1 挂车主轴挤压试验工艺方案104-107
• 6.1.1 试验目的104
• 6.1.2 坯料与模具尺寸104-105
• 6.1.3 试验设备与试验方案105-106
• 6.1.4 试验工艺与步骤106-107
• 6.2 试验结果与讨论107-111
• 6.2.1 闭式镦粗成形107-108
• 6.2.2 一次挤压成形108-109
• 6.2.3 终挤压成形109-111
• 6.3 试验过程成形缺陷分析111-113
• 6.3.1 支撑区失稳缺陷111-112
• 6.3.2 金属贴合缺陷112-113
• 6.4 本章小结113-114
• 第七章 结论114-115
• 参考文献115-120
• 致谢120-121
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况121

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘晓辉;张振世;;一种有温度梯度的感应加热设备[J];工业加热;2010年05期

2 徐明发;卢险峰;;锥形模缩口力影响因素分析与凹模半锥角优化设计[J];南昌大学学报(工科版);2006年04期

3 ;水基石墨润滑剂试验总结[J];固体润滑;1981年01期

，

本文编号：920244