冷挤压组合凹模失效分析及挤压过程数值模拟

通过观察螺钉冷挤压成形中组合凹模的失效现象,发现组合凹模的失效形式为疲劳裂纹,其主要出现在挤压锥角部分,且沿与凹模内表面成45°的方向产生并向外表面扩展。利用DEFORM-2D软件对螺钉挤压成形进行数值模拟,分析组合凹模的应力分布及变化趋势,探讨组合凹模的疲劳破坏机理,进而为冷挤压组合凹模的工艺改进和模具优化设计提供理论依据。     

冷挤压组合凹模设计

通过对预应力组合凹模应力应变分析与研究,揭示了预应力组合凹模自我补偿机制,并且对防止破坏,延长冷挤压模具寿命进行了探讨。     

非圆断面内腔冷挤压组合凹模的计算

文中用有限元法计算了非圆断面内腔冷挤压组合凹模中的预紧应力,挤压应力,组合应力,并和按组合厚壁圆筒理论计算的结果作了比较。指出按组合厚壁圆筒理论设计非圆断面内腔冷挤压组合凹模是不够合理的,它是导致模具破坏的重要原因。文中还建议了计算预紧应力的一种有限元数学模型及优化组合凹模结构及过盈量的方法。     

多层压配组合冷挤压凹模的优化设计

讨论多层压配组合冷挤压凹模的优化设计 ,推导了多层压配组合冷挤压凹模各层的应力和预紧力公式 ,并论证了屈服点分别在各层的内表面上 ;分别建立了在给定 1～ 3层组合凹模的外半径的条件下 ,以提高组合冷挤压凹模的承载能力为目标的最优化设计数学模型 ,以及在满足凹模的承载能力的条件下 ,以减少凹模的结构尺寸为目标的最优化设计数学模型 ;通过优化计算 ,得到了 1～ 3层组合凹模承载能力与最小凹模外半径等关系曲线。     

冷挤压双层组合凹模的最佳设计

此文应用厚壁圆筒弹性解，推导了冷挤压双层组合凹模，具有最大弹性极限时所能承受的最大挤压应力的计算公式，以及满足上述条件时双层组合凹模分界面半径和分界面过盈量的计算公式。利用上述各式，可使组合凹模获得最佳设计。     

冷挤模预应力圈的应用

目前国内外均采用组合凹模解决凹模径向开裂的问题。在冷挤压中采用预应力圈的组合凹模与同样尺寸的整体凹模相比,其强度可提高1.4～1.8倍。在我们的实践中,两层或三层组合凹模在预应力圈选材合理、热处理恰当时,除了正常的磨损和疲劳损坏外,还未出现过径向开裂。     

齿轮冷挤压组合齿形凹模的设计和制造

在国内,齿轮冷挤压首先在汽车拖拉机起动机行业投产,近年来在其他行业的齿轮加工中也得到了推广。齿轮冷挤压工艺中,齿形凹模的质量与寿命是关键,模具寿命已成为该工艺成败的主要标志。模具产生早期破坏的原因很多,如组合凹模的设计、制造及模具材料的选用、模具     

《冷挤压模具设计与制造》讲座(连载十四)

第5讲冷挤压模具设计5.5组合凹模的应用及计算5.5.1组合凹模的优越性所谓组合凹模就是利用过盈配合,用一个或两个以上套圈把凹模紧套起来而制成多层组合式结构,如图5-36所示。这种组合式结构可以使两个套圈之间以及套圈与凹模之间,由于过盈配合而产生压应力。     

硬质合金冷挤压模具

钢零件冷挤压的可能性,首先取决于工具的工作条件。在挤压过程中,模具要承受金属的巨大负荷,并在金属流动过程中,经受极大的摩擦力和温度变化的作用。当单位挤压力大于200公斤/毫米~2时,由合金工具钢Cr12MO制成的凹模,其寿命显著下降,使冷挤压过程难于在大量生产条件下得到实现。采用硬质合金来代替一般铬工具钢的凹模锒块,会显著地提高模具工作型腔的寿命。采用硬质合金锒块的予应力组合凹模可提高模具弹性承载能力,充分利用模具材料,是有效、合理而经济的办法。     

转子挤压组合凹模的应力分析

组合凹模的应力分析是一个非常复杂的问题，对其进行精确分析是解决模具寿命的关键。本文采用有限元分析软件Ansys对转子的组合凹模进行了分析。为转子组合凹模的优化设计提供了依据。     

自增强理论在线性强化材料组合凹模设计中的应用

为了提高组合凹模的弹性强度极限和疲劳寿命,将自增强理论应用于双层组合凹模设计,尝试对线性强化材料模具的自增强过程进行理论解析。采用Msc.Marc有限元软件进行模拟计算,模拟与解析结果一致性良好。在此基础上,分析不同强化模量系数对自增强处理效果的影响,分析结果表明,凹模内侧的周向残余应力随着强化模量系数的增大明显减小;与传统组合凹模相比,自增强处理后的组合凹模内侧的周向残余应力显著提高,可以大幅降低模具内壁开裂的可能性。     

齿形组合凹模等强度分析及优化

文章介绍了运用统一强度理论、等强度分析和有限元模拟对齿形冷挤压凹模进行优化设计的过程。齿形凹模不能直接应用Lamé公式进行等强度分析,可先将齿形凹模简化为常用的直圆筒型组合凹模,再应用Lamé公式进行等强度分析,确定组合凹模的分层半径和过盈量。根据结构参数建立有限元模型进行等效应力分析,以组合凹模各层达到其许用应力值为目标,调整过盈量,达到优化设计的目的。     

冷挤压组合凹模的机械可靠性设计理论的研究

在分析了冷挤压组合凹模传统设计问题的基础上，根据组合凹模的受力情况，应用机械可靠性理论，首次提出了按组合凹模过盈量进行可靠设计的思想，首次建立了组合凹模机械可靠性设计的整套理论。     

提高冷挤压模具寿命的工艺措施

此文分析了冷挤压凸模、凹模在使用过程中产生的磨损塑性变形、疲劳破坏和断裂、寿命不高的原因，以及采取的相应措施。分析指出，模具材料碳化物分布不均、凸模硬底偏低、机加工出现刀痕、工作部分圆角尺寸全合作、热处理工艺不当、润滑不良、未采取去除力措施、凹模配合过盈量不合适等是造成上述缺陷的主要原因。试验表明，选择合适的模具材料，进行合理的模具设计、提高模具的加工精度、防止磨削裂纹、合理润滑、经常性的消除应力     

直齿圆柱齿轮冷挤压变过盈量组合凹模设计方法

针对载重汽车用直齿圆柱齿轮冷挤压组合凹模破裂问题,应用有限元分析软件Deform-3D对均匀过盈量组合凹模进行了失效分析,基于均匀过盈量组合凹模失效的原因,提出变过盈量组合凹模的设计方法,通过改变中圈与内圈的接触,得到变过盈量的预紧结构,使预紧状态下模芯的最大切向压应力出现在模芯成形区齿根,以抵消工作状态下出现在该处的最大切向拉应力,改善了模具的应力分布。实际生产过程中模具使用情况良好,无破裂、掉块等情况。研究结果表明,变过盈量组合凹模的设计方法可以避免组合凹模的破裂,此方法为组合凹模的设计提供了较好的依据。     

冷挤压组合凹模孔径的精确计算

针对冷挤压组合凹模由于过盈装配后引起的凹模具径变化，推导出了计算凹模孔径形量的计算公式，指出了从设计上保证组合凹模精精确孔径的方法。     

冷镦螺栓凹模的结构设计

冷镦圆头凹模是冷镦螺栓生产过程中的关键模具。试验发现，整体凹模在冷镦过程中受三向拉应力作用，极易发生开裂而造成早期失效。为消除应力集中，以3层套圈组合结构代替整体凹模，在结构上采用两种形式，并给出确定组合凹模几何参数的两种方法，最后提出用组合模具结构代替整体模具结构的设计原则，使冷镦螺栓凹模达到较高寿命。     

冷挤压凹模强度和变形的有限元分析

在挤压黑色金属材料时,冷挤压凹模要承受相当高的工作内压,其值可达250kgf/mm~2。在这样高的内压作用下,很易引起凹模的早期损坏,损坏形式主要是纵向或横向开裂。这直接影响到冷挤压工艺的经济效果和推广使用。为了正确地采用行之有效的措施来防止凹模的早期损坏,首先必须对凹模在工作时的应力应变作出符合实际情况的分析。另外,目前广泛采用预应力组合凹模来提高凹模的强度,预应力的大小对凹模强度有明显的影响,因此,采用最佳预紧力是进一步提高凹模强度的途径之一。     

组合凹模压合后凹模内径的收缩量

一、问题的提出为提高冷挤压凹模的承载能力,通常必须采用预应力组合凹摸。经验表明,三层组合凹模是冷挤压模具的最好结构形式之一,它既能使组合凹模有较好的通用性和强度,又可节约较昂贵的凹模材料,而且凹模外径减小,为凹模的加工工艺提供了有利条件。工具钢的组合凹模一般都由外向内依次冷压法装配,压装后凹模内径及中套内径均会收缩。在生产实践中,此收缩量的确定往往是一项不容忽视的工作,尤其合金工具钢的凹模收缩量比硬质合金凹模的收缩量大得多。     

汽车变速箱结合齿坯精锻成形组合凹模设计

倒挡结合齿是汽车变速箱中重要的零件,针对某款结合齿坯精锻成形过程中发生的整体模具低周疲劳开裂问题,提出一种适用于热精锻的组合凹模结构。运用有限元分析软件对组合凹模进行模具应力分析,模拟结果表明:采用组合凹模结构可以降低危险区域的拉应力值50%以上,避免了低周疲劳开裂缺陷;增大组合凹模外圈直径可以改善模具受力状况并降低在结合处钻料的风险;适当减小组合凹模过盈量可以避免外圈在工作状态下的塑性变形。