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文檔簡介
1、近年來,隨著國內(nèi)外汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,越來越多的汽車零部件由切削工藝改為冷擠壓加工。然而對于冷擠壓加工被業(yè)內(nèi)稱為所謂的“難成形零件”(體積尺寸大、精度要求高、形狀復(fù)雜、常溫下金屬流動性差、成形變形抗力大等),則需要價格高昂的大噸位壓力機,而使得企業(yè)往往難以承受,并要求模具材料具有高強度的同時,還需具備足夠的沖擊韌性、耐磨性和回火穩(wěn)定性。為解決“難成形零件”的冷擠壓加工技術(shù)問題,本文在國家自然科學(xué)基金項目“高頻顫振激勵下金屬塑性成形過程表
2、面效應(yīng)及其致成機理研究”的資助下,開展電液顫振冷擠壓成形數(shù)值模擬建模分析和實驗研究,探究電液顫振冷擠壓成形過程的表面效應(yīng),總結(jié)歸納理想電液顫振條件與規(guī)律,以期形成電液顫振冷擠壓關(guān)鍵工藝。
本研究主要內(nèi)容包括:⑴分別對傳統(tǒng)反擠壓和電液顫振反擠壓兩種工作狀態(tài)進行力學(xué)分析,采用主應(yīng)力法,基于非局部摩擦模型,運用Taylor級數(shù)和Mises屈服準(zhǔn)則,推導(dǎo)了兩種擠壓工作狀態(tài)下的摩擦力及總擠壓力的計算公式,并結(jié)合KpareЛbckИЙ提出
3、的摩擦系數(shù)和滑動速度關(guān)系式以及沖頭與坯料之間周期性的脫離和接觸效應(yīng),分析顫振對界面摩擦系數(shù)、摩擦力和擠壓力的影響,發(fā)現(xiàn):對頂桿和擠壓筒施加顫振具有減摩降載作用,顫振最大速度越大其效果越明顯,并存在一個臨界值,擠壓筒與坯料界面的減摩效果是降載作用的關(guān)鍵。⑵利用DEFORM-3D軟件分別對傳統(tǒng)反擠壓和顫振反擠壓成形過程進行有限元模擬仿真,結(jié)果表明:顫振可改變成形過程中的材料流動規(guī)律,使得局部區(qū)域的材料流動速度大于傳統(tǒng)擠壓時的流動速度;當(dāng)施加
4、的顫振最大速度小于擠壓速度時,顫振并不能降低其擠壓力與摩擦力,對等效應(yīng)變的影響也并不顯著;當(dāng)顫振最大速度大于擠壓速度時,顫振可顯著降低其擠壓力與摩擦力,改變材料應(yīng)變分布。⑶搭建電液顫振冷擠壓實驗平臺,實驗研究6061鋁合金反擠壓過程,實驗表明:較之于傳統(tǒng)擠壓方式,當(dāng)引入顫振激勵后,坯料在成形過程中最后成形階段的穩(wěn)定行程載荷明顯降低,顫振最大速度越高,其效果越明顯,當(dāng)工具的顫振頻率為200Hz、幅值為0.012mm時,該值降低約8.22%
5、,獲得的成形件底面和側(cè)面硬度平均值分別為427HV和387HV,較傳統(tǒng)冷擠壓獲得的成形件硬度191HV和204HV明顯要高。同時在頂桿顫振和沖頭擠壓的雙重作用下,金屬材料流線發(fā)生明顯變化,成形件杯底出現(xiàn)明顯的金屬流線界限,成形件的表面質(zhì)量得到改善。⑷設(shè)計制作等杯徑雙杯復(fù)合擠成形工具并進行實驗,結(jié)合摩擦系數(shù)理論標(biāo)定曲線,獲得不同電液顫振下的摩擦系數(shù)。結(jié)果表明:在傳統(tǒng)冷擠壓條件下,工具與材料邊界面的摩擦系數(shù)約為0.167,當(dāng)下沖頭和擠壓筒分
6、別施加頻率為100Hz、幅值為0.012mm和頻率為200Hz、幅值為0.012mm的電液顫振時,其邊界面摩擦系數(shù)分別下降為0.045和0.038。⑸以汽車萬向節(jié)十字軸套為載體,有限元分析和實驗研究電液顫振冷擠壓工藝,結(jié)果顯示:當(dāng)施加顫振頻率為200Hz、輸入油液壓力8MPa時,最大擠壓力可下降5.1%,表面粗糙度Ra從0.755μm下降到0.503μm,增大輸入電液顫振臺的油液壓力比提高顫振頻率對降載更有效,當(dāng)顫振速度達(dá)到一定值后,顫
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