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丝杠高速单点冷滚打系统运动分析

李玢  
【摘要】: 高速冷滚打成形技术是利用金属塑性成形的特点,采用高速旋转的滚打轮对毛坯进行滚压和打击,从而强迫金属流动形成零件廓形的一种绿色近净成形加工方法。丝杠单点冷滚打是根据滚打轮和丝杠轴坯的运动关系,滚打轮以高速断续的方式单点击打丝杠轴坯,使丝杠轴局部累积成形而形成丝杠滚道的无屑塑性成形技术,具有重要的理论意义和实用价值。 论文分析了丝杠冷滚打技术原理和成形过程,研究了丝杠冷滚打的运动关系,根据空间啮合原理,依据刀具回转面与被加工螺旋面的接触条件,建立了相应的数学模型,获得了滚打轮的轴向轮廓曲线。 建立了丝杠冷滚打过程的三维实体模型,采用多体动力学原理和ADAMS仿真软件,对丝杠冷滚打过程进行了动力学分析。研究了滚打过程中击打速度、时间与打击力之间的关系,得到了不同条件下丝杠冷滚打时工件的受力情况。以应力波理论为基础,建立了丝杠冷滚打的应力波模型,获得了滚打过程中应力波的传播规律及传播速度。 建立了丝杠冷滚打的有限元模型,采用ANSYS/LS-DYNA研究了丝杠成形过程中不同时刻的应力、应变分布,应力、应变随时间的变化规律。分析了丝杠冷滚打过程中金属的流向,验证了金属流动最小阻力定律。 设计开发了一种单点累积高速冷滚打实验装置,用退火处理的铜棒进行了冷滚打工艺试验研究,分析了硬化层分布及金相组织的变形。结果表明:冷滚打丝杠沿滚道法线方向的硬化层呈梯度分布,滚道表面硬度增大明显,金相组织明显细化,丝杠性能得到了很好的提高,这对进一步深入研究高速单点累积成形方法有重要的参考价值。


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