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环件冷辗扩变形规律和工艺模拟研究

左治江  
【摘要】: 环件冷辗扩是在室温下进行的连续局部塑性回转成形工艺,它具有省力、节能、节材、生产率高、生产成本低、产品质量好等显著特点,是各类小型轴承套圈、齿圈、管接头及其它环件精密制造新工艺。 本文通过ABAQUS/Explicit有限元模拟研究和实验研究,从静力学、运动学方面,深入分析了环件冷辗扩变形基本规律,研究了残余应力分布规律,推导出了轧辊的运动参数设计公式,建立了工艺参数设计和优化模型,为环件冷辗扩技术应用发展提供了理论和实验依据。 基于高精度拉伸试验机上测得的轴承钢GCr15的机械性能,建立了适合于有限元模拟分析的弹塑性本构方程。根据D56G90型冷辗环机的结构、轧辊及环件几何尺寸、接触条件、载荷加载、自适应网格划分要求,建立了环件冷辗扩成形三维弹塑性动力显式有限元模型。 应用塑性力学、塑性成形理论和有限元模拟方法,研究了环件冷辗扩锻透过程塑性区的分布规律,导出了基于有限元模拟的环件冷辗扩锻透条件。研究了环件冷辗扩的咬入条件,得到了摩擦与咬入条件之间的关系。研究了环件冷辗扩过程中进给速度、毛坯尺寸及摩擦对宽展的影响,通过数值拟合的方法得到了环件宽展的基本公式,在D56G90型冷辗环机上对矩形截面环件进行了开式冷辗扩实验,验证了宽展模拟研究结果。 基于有限元模拟和实验方法,首次进行了环件冷辗扩残余应力的研究,得到了深沟球截面环件冷辗扩过程中残余应力变化规律。 从运动学的角度,通过解析计算和有限元模拟,建立了矩形截面环件和深沟球截面环件冷辗扩轧辊的运动学模型,分析了两种环件的直径变化规律,首次建立了根据冷辗扩工艺来确定导向辊运动参数的一整套设计方法;基于不同的进给控制模式,建立了相应的进给速度设计方法,分析了进给速度对成形的影响,提出了在不同辗扩阶段采用不同进给规范的设计思路。 基于环件冷辗扩过程研究和有限元模拟,设计并优化了深沟球截面环件冷辗扩中的轧辊参数、运动参数和毛坯参数,得到了环件冷辗扩过程中环件内外直径增长规律和环件内外圆圆度变化规律。在D56G90型冷辗环机上进行了深沟球截面环件冷辗扩实验,验证了工艺设计和模拟研究结果。


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