曲线回转外形筒体零件无飞边辊挤成形研究

【摘要】辊挤成形作为一种塑性加工新技术，有效结合了辊锻与挤压两种塑性成形方法的优点，通过连续局部变形实现曲线回转外形筒体零件的直接成形。然而，由于在辊挤过程中不可避免地在两个辊轮的辊缝处产生飞边，造成后续机械加工困难，阻碍了该技术在实际生产中的应用。本文提出了两道次无飞边辊挤成形新技术，即通过在相邻两个辊轮的辊缝处开设飞边槽，第一道次辊挤成形外壁带有纵向飞边的筒体，之后坯料旋转一定角度后进入第二道次辊挤，使飞边顶点与辊轮型槽最低点接触，从而除去筒体第一道次辊挤形成的飞边，完成曲线回转外形筒体零件的辊挤成形。运用主应力法对带冲头辊挤成形工艺进行了力学分析，建立了辊挤成形力学模型，推导出了辊挤力的表达式。通过研究辊锻、轧制前滑原理，建立了带冲头辊挤成形工艺的辊挤前滑模型，为辊轮设计及优化提供了依据。采用Box-Behnken试验设计对两道次无飞边辊挤成形工艺中辊轮的关键结构参数进行基于去飞边过程变形均匀性的优化设计，借助DEFORM-3D进行了小样本的仿真试验，运用SPSS统计学软件进行多项式逐步回归分析，建立了目标函数（变形均匀性因子Ci）和设计变量（飞边槽开口角度2θ、飞边槽转角圆角半径r、飞边槽顶点距辊轮型槽圆心的距离h）的回归模型，获得了影响去飞边变形均匀性各因素的最佳参数组合。通过建立辊挤装置机架的三维有限元模型，利用ANSYSWorkbench有限元软件对辊挤装置机架装配体进行了应力、位移静力学有限元分析。在工艺优化设计的基础上，进行了典型零件一次直接辊挤成形工艺与两道次无飞边辊挤成形工艺的对比试验，成形出了曲线回转外形筒体零件，验证了前期理论研究、模型建立、优化设计的正确性。结果表明，采用两道次无飞边辊挤成形新技术后有效解决了单道次直接辊挤成形工艺中辊缝处易产生“片状飞边”从而为后续机械加工带来不便的难题，为辊挤成形工艺的进一步研究与推广提供了重要参考。
【作者】王宏伟；
【导师】张宝红；
【作者基本信息】中北大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】曲线回转外形；筒体；辊挤成形；飞边；数值模拟；结构优化；

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