花键冷敲精密成形接触面积数值计算与分析

通过分析冷敲精密成形的金属变形过程、加载过程和边界条件,建立花键冷敲精密成形接触面积数学模型,对接触面积进行理论计算;被成形件在滚压模具中连续快速发生局部塑性变形,为了对花键类零件冷敲精密成形工艺的机理和工艺力学进行研究,通过分析花键冷敲精密成形过程滚打轮与工件接触过程,建立工件进给量与滚打道次数值关系,得出工件进给量与各道次之间打入深度关系及各道次面积演化规律;应用MATLAB数值分析软件对接触面积影响因子进行数值计算与仿真分析。

花键冷敲成形本构关系研究

花键冷敲成形归结于材料的动态塑性变形过程,为了研究该过程材料动态响应特性,对三种常用冲击载荷下材料本构模型进行理论解析,并根据花键冷敲成形工艺参数对JC本构模型进行修正改进;通过三种本构模型在不同应变率和温度条件下的应力情况,使用流动应力预测值和实验值之差来评估模型误差值。最终结合成形过程物理机制、工艺参数和误差对比,结果表明:在大范围应变率和温度条件下,各本构模型均有其在一定范围内的适用性和精度,但对于花键成形应变率和温度范围内,PTW模型的误差率最小,能够较好预测金属流动应力。

冷敲花键相邻齿槽之间成形影响的分析

在分析花键冷敲成形原理的基础上,采用ABAQUS/Explicit算法对花键冷敲相邻齿槽成形过程进行了有限元模拟仿真,研究了工件经过不同敲打次数后两个相邻齿槽的应力、应变分布规律。在自行研制的LQ200型冷敲设备上加工花键轴,利用光学显微镜研究冷敲花键不同成形区的显微组织形貌,以及不同成形区的影响层深度。结果表明:冷敲成形属于局部表层成形,敲打齿槽在敲击时应力波扩散到了相邻齿槽,应力波对相邻齿槽齿顶、齿侧、齿根的影响依次减小,敲打齿槽在敲击时对相邻齿槽的应变影响很小;齿顶成形区分度圆以上均为影响区,相比齿侧、齿根成形区,齿顶影响区范围最大;齿侧成形区的影响区深度大约为1 mm;齿根成形区的影响区深度大约为600μm。