冷滚打成形中滚打深度与回弹规律的仿真

为了有效地控制回弹对成形件精度的影响,针对变形量与回弹量之间的关系进行研究。依据冷滚打成形的基本原理,应用ABAQUS软件建立了有限元动态仿真模型,通过仿真获得了不同滚打深度下成形齿槽截面在切向、轴向和径向的变形规律与回弹量。由于动态仿真后工件内部的力处于不平衡状态,不能直接进行回弹求解,所以在动态仿真结果的基础上建立了静态仿真模型,通过静态分析获得了不同滚打深度成形齿槽截面各部分在切向、轴向和径向的回弹规律。在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验,获得了工件廓形,并将其与相同工艺条件下的仿真结果进行比较,验证了仿真结果的正确性,为有效控制回弹对成形精度的影响提供了参考。     

丝杠冷滚打变形力影响因素研究

为研究丝杠冷滚打成形过程中滚打轮半径、滚打轮圆角半径和打入量与变形力之间的关系,在丝杠冷滚打成形原理的基础上建立了有限元仿真模型。通过仿真获得单次滚打以及多次滚打成形过程中,变形力随滚打轮半径、滚打轮圆角半径和打入量的变化规律;设计了正交试验,研究打入量、滚打轴转速、滚打轮厚度及工件转速4个因素对变形力的影响规律。在自行设计的冷滚打成形丝杠设备上进行实验,测得变形力的变化趋势与仿真结果基本一致,验证了有限元仿真模型的正确性。     

高速冷滚打成形中滚滑摩擦热效应分析

高速冷打成形是一个多因素耦合作用下的复杂成形过程,其中由于滚滑摩擦产生的热效应将影响工件金属的流动性,进而对成形零件质量和性能产生影响。为了深入了解热效应引起的工件内部不均匀的温度场变化规律,进而选择合理的冷滚打成形参数,提高产品的成形质量,在冷滚打成形花键原理的基础上,分析了滚滑摩擦对冷滚打成形机理影响;建立了有限元仿真模型,仿真获得了滚滑摩擦产生的温度场随时间的变化规律,及其对成形应力、应变、金属流动和滚打力力的影响,为冷滚打成形精度控制提供参考。     

冷滚打成形件表面鳞纹主要影响因素的仿真研究

针对冷滚打成形件表面存在的鳞纹缺陷,依据冷滚打成形的基本原理,分析了鳞纹产生的原因及主要影响因素;在Abaqus软件环境下建立了有限元仿真模型,仿真了顺打和逆打方式下,滚打轮公转速度和工件水平进给速度变化时鳞纹高度和鳞纹间宽的变化规律,以及相同滚打轮公转速度和工件水平进给速度条件下,不同滚打方式时鳞纹高度、鳞间宽度和截面形状的异同;在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验,对工件表面产生的鳞纹进行测量,获得了鳞纹二维截面形状和鳞纹高度,与仿真结果相互比较,验证了有限元仿真的正确性,可为冷滚打成形技术中工件表面质量的控制和工艺参数的选择提供参考。     

ABAQUS二次开发在冷滚打成形参数化建模与仿真研究中的应用

结合冷滚打成形工艺的特点,基于Python语言对有限元分析软件ABAQUS进行二次开发,建立了冷滚打成形有限元模型的参数化建模插件,利用该插件可以对滚打轮和工件的几何模型、复杂材料属性以及打入深度、公转速度、进给速度等工艺参数进行便捷更改,实现冷滚打有限元仿真模型的参数化建立,自动完成几何建模、网格划分、材料属性定义到提交作业等一系列前处理过程,最后使用该插件进行了仿真模拟,并进行了冷滚打试验研究,对不同转速下的仿真成形力和齿形轮廓与试验进行了对比分析。结果显示：仿真所得成形力和齿形轮廓与试验都有相同的变化趋势,并且误差都控制在6%以内,验证了利用该插件建立冷滚打有限元模型的可行性和有效性。     

40Cr调质钢高速冷滚打热力耦合数值模拟

在分析高速冷滚打成形原理的基础上,建立了热力耦合数学模型,通过常温和高温下不同应变速率的静态和动态压缩试验,结合Johnson-Cook流动应力公式,建立了40Cr调质钢的本构模型;利用有限元软件对40Cr调质钢高速冷滚打成形进行数值模拟,在考虑加工硬化与动态软化的综合效应下,获得了工件应力、应变和温度的分布,探讨了冷滚打成形过程中热力耦合形成的原因及成形速率对热效应的影响,并用试验进行了验证。结果表明:工件的温度分布和等效塑性应变分布是不均匀的,剧烈应变区的等效塑性应变高,温升高,难变形区的等效塑性应变低,温升低;试验结果证明了模拟分析的正确性。     

渐开线花键连续分度冷滚打干涉量分析与表征

针对渐开线花键连续分度冷滚打过程中滚打轮与工件之间的干涉现象,分析了滚打轮在打入和打出过程对工件干涉现象的形成机理,分析表明:打入和打出过程干涉现象分别出现在键槽轮廓的两侧。建立了计算冷滚打干涉量的数学模型,提出了利用齿厚误差表征干涉量的方法。计算结果表明:渐开线花键连续分度冷滚打具有展成法的特点;干涉现象主要集中在渐开线根部,键槽轮廓两侧干涉量相等。利用DEFORM软件对冷滚打过程进行了有限元模拟,分析了工件变形力分布情况,得到了键槽截面轮廓曲线,验证了分析和计算的正确性。进一步计算表明:干涉量与花键模数成正比,与滚打轮回转半径和齿形压力角成反比。干涉量的定量表征为滚打轮安装角计算和滚打轮轮廓设计奠定了理论基础。     

块体材料冷滚打成形变形力研究

简述了块体材料冷滚打成形的基本原理,应用ABAQUS建立了块体材料冷滚打成形的有限元模型并进行了模拟仿真,根据模拟结果,分析了块体材料冷滚打成形过程中变形力的变化情况及各工艺参数对变形力的影响规律。进行了初步的冷滚打成形试验,将仿真结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元仿真的正确性。     

冷滚打成形件表面鳞纹表征参数的解析及修正研究

为了有效的控制其对冷滚打成形件表面质量的影响,对鳞纹的表征参数进行研究。依据冷滚打成形的基本原理,分析了鳞纹产生的原因;对不同滚打方式下鳞纹高度和鳞纹间宽进行理论解析,获得了其与滚打轮公转速度和工件水平进给速度之间的关系表达式;由于理论解析过程中没有考虑应变速率、滚打轮自转等因素的影响,计算结果误差较大,应用ABAQUS软件进行冷滚打成形仿真,根据仿真结果对鳞纹高度的表达式进行修正,使其能够更加准确地反映出不同工艺状态下的鳞纹高度。在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验,对工件表面产生的鳞纹进行测量,获得了鳞纹二维截面形状和鳞纹高度,与理论计算结果相互比较,验证了修正后鳞纹高度表达式的正确性,可为冷滚打成形技术中工件表面质量的控制和工艺参数的选择提供参考。     

考虑铣削残余应力的压弯成形仿真计算方法

针对铣削加工引起的残余应力影响工件压弯成形过程中弹塑性应力分布并最终影响成形工件形状精度的问题,提出考虑铣削残余应力的压弯成形仿真计算方法。首先基于弹塑性理论推导了压弯成形应力计算公式,然后建立了考虑铣削残余应力的压弯成形有限元模型,研究了铣削残余应力对压弯成形应力应变分布及回弹的影响规律,采用数值方法建立了考虑铣削残余应力的压弯成形应力计算公式。结果表明:该有限元模型可以用于研究压弯成形应力应变变化规律,低速铣削产生的残余压应力对压弯成形卸载前的应力分布和压弯卸载后上下表面的切向应变影响最大,高速铣削引起的铣削残余应力使得试件压弯卸载后弯曲角度最小,变形程度最大。