冷锻头实验与电脑模拟分析

《冷锻头实验与电脑模拟分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、冷鍛頭實驗與電腦模擬分析　　1冷鍛頭實驗與電腦模擬分析ExperimentandComputerSimulationofColdHeading黃宗立Chung-LiHwan逢甲大學機械與電腦輔助工程學系摘要冷鍛頭是一種普遍但重要的金屬加工製程，主要利用模具固定金屬棒材的下半部，而同時利用沖頭將其頭部鍛粗成所需的形狀，其最終產品主要應用於各種結構件之接合。本文採用6061-T6鋁合金及純銅為加工材，以實驗及有限元素分析商業軟體（ABAQUS）做冷鍛頭問題的模擬分析。文中詳細探討製程參數（材料性質、摩擦係數、工件內圓角半徑、熱處理）對加工負荷、工件變形及工件內部應力應變分佈的效應。由

2、有限元素分析所得的負荷-位移曲線趨勢與實驗數據相似，其預測變形後之側向膨脹也與實驗觀測結果非常相近。如所預期，模穴中的材料並不會影響變形區之材料流動，摩擦係數及工件內圓角半徑對冷鍛頭製程則有顯著的效果。關鍵詞：冷鍛頭、有限元素分析、摩擦係數。投稿受理時間：91年3月21日審查通過時間：91年5月24日ABSTRACTColdheadingisaverycommonbutimportantmetalworkingoperation.Itformstheupperpartofametalbarintoadesiredheadshapethroughupsetting,whilehol

3、dingthelowerpartofthebarintheshankofdie.Itsfinalproductismainlyusedtoholdstructuralpartstogether.Using6061-T6aluminumandpurecopperastheworkingmaterials,thisstudysimulatesandanalyzesproblemsrelatedtocoldheadingbyexperimentandacommercialFEMcode,ABAQUS.Theeffectsofprocessparameters(Materialprope

4、rty,friction,radiusoffilletandheattreatment)onloading,deformation,andthedistributionofstressandplasticstraininthedeformedconfigurationarediscussedindetail.Thetrendofthecomputedload–displacementcurveissimilartothatoutofexperimentaldata.Thepredictedbulgephenomenonindeformedconfigurationisalsoin

5、excellentagreementwiththatobservedfromexperiment.Asexpected,thematerialintheshankdoesnotinfluencethematerialflowinthedeformingregion.Bothfrictionandtheradiusoffilletdohavesignificanteffectsoncold19冷鍛頭實驗與電腦模擬分析　　heading.Keywords:ColdHeading,FiniteElementAnalysis,FrictionCoefficient.19冷鍛頭實驗與電腦模

6、擬分析　　2壹、簡介螺絲頭冷鍛[1,2]是非常普遍的塑性加工方式，至目前為止已有不少學者做過相關研究以觀察該製程中胚料產生變形之詳細現象。其中，Gill及Baldwin[3]和Thomason[4,5]等學者研究材質加工前之機械加工及熱處理過程對冷打頭可成形性之影響。在此所謂冷打頭可成形性乃是指材料在鍛頭中產生塑性變形而不發生裂縫之能力。Yamagoshi等學者[6]由研究結果指出在下模穴中之材料並不會影響模穴上面變形區材料之塑性流動。Shah及Kobayashi[7]以有限元素法作螺絲頭冷鍛之模擬分析，並將部份結果和實驗數據比較以驗證其正確性。Vickers等學者[8]使用塑性

7、黏土(Plasticine)、商用純鋁及6061-T6鋁合金作模擬材料，以實驗模擬分析螺絲頭冷鍛製程。最近由於電腦之快速進步，利用有限元素分析來探討材料及幾何非線性問題已越來越普遍，其計算所得之相關的數值解可提供相當詳細的定量資訊[9-12]。Chitkara及Bhutta[13-14]利用實驗、切片法及上界限法探討多種冷鍛頭製程之負荷及變形現象。然而這些研究均未觸及模具圓角的效應。本文以實驗及有限元素分析軟體(ABAQUS)來分析探討經過與未經過熱處理之6061-T6鋁合金及純