基于Deform轴类零件台阶圆角开式冷挤压工艺有限元模拟.pdf

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1、制造技术／工艺装备现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2011年第6期基于Deform轴类零件台阶圆角开式冷挤压工艺有限元模拟裴未迟，张玉强，孟宪举(河北联合大学机械工程学院，唐山063009)摘要：研究了电机轴台阶圆角开式冷挤压过程中金属的流动规律以及不同工艺组合下的变形程度值和轴向镦粗情况，并与实验结果进行对比验证，从而得到完全成形和基本成形时的变形程度和圆角半径的取值范围，给出了阶梯轴开式冷挤压成形有关过渡圆角挤压的可行范围。关键词：台阶圃角；开式冷挤压；有限元模拟；Deform-3D软件中图分类号：TG371文献标志码：A文章编号：1671

2、—3133(2011)06—00r73—04FilIiteelementsimulationfIorshoulderfilletofshaftpartsinopen-diecoldextrusionprocessbasedondeformPEIWei—chi，ZHANGYu—qiang，MENGXian-ju(CollegeofMechanicalEngineering，HebeiConsociationUniversity，Tangshan063009，Hebei，China)Abstract：Studyabouttheruleofmetalflowintheshoulderfill

3、etofshaftpartsopen—diecoldextrusionprocess，deformationvalueandcontinuousupsettingsituationunderdifferentcombinedprocesses．Thenmadethecomparsionverificationwiththeexperimen-talresults．Thedeformationandtherangeofround—cornerradiuswereobtainedunderthesituationofperfectlyformedandbasi-callyformed．Fi

4、nally．theextentpracticableofthefilletextrusionprocessinmulti-diametershaftopen-diecoldextrusionprocesswere画verl．Keywords：fillet；open—diecoldextrusion；finiteelementsimulation；Deform-3D轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一，轴类零件一般两端有台阶，台阶间为小圆角过渡，各台阶的直径变化量不大，阶梯轴如图1所示。目前，国内电机轴材料为45钢，采用传统纯切削工艺方法加工，存在着工序多、占用车床多、劳动强度大和生产

5、率低等缺点，难以实现大批量、低成本及高效率的生产⋯。开式冷挤压技术适合于低碳钢、低碳合金钢及结构适宜的中碳钢的成形，主要用于轴对称零件，且单台阶的挤压无需中间退火，无需磷皂化，易于实现自动化生产，是一种适合于轴类零件大批量、高效率生产的先进制造工艺口1。1轴类零件台阶圆角开式冷挤压变形过程数值模拟在轴类零件开式冷挤压的工艺分析中，采用De—form软件进行数值模拟。Deform软件作为一个强大的体积成形软件，能够对锻造和其他成形过程进行模图I阶梯轴拟，如铸造、焊接、机加工过程和热处理，并能进行经济评估和优化。该软件能够进行精确的3D过程模拟，具有实用、有效、功能强大和易操作的优点¨]。

6、用Deform软件对电机轴台阶圆角开式冷挤压过程进行数值模拟，能随时动态地显示整个挤压成形过程。通过大量的模拟，根据金属在各个阶段的流动特点和挤压力的大小，台阶圆角的开式冷挤压过程可分为三个阶段：正常挤压阶段、异常挤压阶段和镦粗变732011年第6期璁代制造I程(ModemM$nu蛔岍ngE呷⋯n#)正常挤压变形阶段后．坯料圆锥龠部分与模具最高接触部恃附近m现了金属堆积现象，却酃分食届越过琢始坯料的外表而径向向外、轴向向上瀛动，堆秘在模县的表面，形成了个异常变形区域，并阻碍尚未变形段金属的正常流动，径向堆积示意图如舟3所示。从宏观上看，此阶段变形区金属的主要流动模式还是正挤压，只有变形

7、区外缘金属发生了径向堆积，所以称之为异常挤压阶段。此阶段的单位挤压力也满足力能条件：p<口．。l3镦粗变形阶段径向镦粗的产生原因是作用于尚未坐形段横截面上的单位挤压力大于杖挤压材料的瑚服强度，使尚未变形段材料径向流动，产生镦粗。在台阶酬角的开式冷挤压过程巾．醢着冲头的F行．塑性变形区增大．同时金属!o横J{的接触丽积也逐渐增人，因而挤压力增大。当单位挤压力P增加到某一范嘲时，束变形段的金属产生径向镦韫失稳，镦粗变彤阶段不意图如图4所示，致使挤垃