二维电液颤振冷挤压成形仿真与实验研究

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冷挤压作为一种传统的塑性成形方式,凭借其“优质”、“高产”、“低能耗”等优点,在汽车制造、日用五金等领域得到了广泛的应用。同时,冷挤压工艺的一些不足也在一定程度上限制了其进一步的发展,如变形抗力大、金属流动困难、模具寿命低等。针对上述问题,本课题组曾提出了一种轴向电液颤振冷挤压工艺,结果表明:在冷挤压成形过程中添加轴向振动能降低成形载荷,但幅度不大且对金属流动的改善作用不明显。  本文在前期研究的基础上,提出了一种二维电液颤振冷挤压成形工艺,并以一种轴套类零件的正挤压成形为研究对象,设计并搭建了一种二维电液颤振冷挤压实验平台,运用仿真与实验相结合的方式,研究了二维电液颤振对成形载荷、金属流动、成形件表面质量等的影响,为二维电液颤振辅助塑性成形工艺在冷挤压成形中的应用提供一定的技术支撑。  本文的主要研究工作和成果如下:  (1)以正挤压一种套杯类零件为研究对象,对二维电液颤振辅助冷挤压成形的“表面效应”及“体积效应”进行初步研究,提出二维电液颤振降载机理。  (2)利用Deform-3D建立颤振冷挤压成形有限元模型,并对无颤振、轴向颤振、径向颤振及二维颤振激励下冷挤压成形过程进行仿真分析,结果表明:二维颤振激励下金属最大成形载荷相较于无颤振降低了约12.38%,优于轴向颤振的约7.4%和径向颤振的2.75%,同时金属流动得到进一步优化,应力场分布更加均匀。  (3)设计并搭建了一种二维电液颤振冷挤压实验平台,并详细阐述了其各部分组成及其工作原理。  (4)制定了二维电液颤振冷挤压成形工艺,并对无颤振、轴向颤振及二维颤振激励下的冷挤压成形过程进行实验分析。结果表明:仿真与实验结果具有较好地一致性,二维颤振激励下的降载效果明显优于单独轴向颤振。对各颤振条件下成形件的金属腐蚀流线及表面质量进行观察分析,结果表明二维振动场作用下金属在拐角处及纵向部分流动更加顺畅,金属流动动力源增加,金属表面质量得到提高。  上述的研究结果表明,本文提出的二维电液颤振冷挤压工艺的降载效果及对金属流动的改善作用及成形件表面质量的提高效果均优于传统成形方式及单独轴向颤振,该工艺能为传统难成形零件在低吨位压力机上的高质量成形提供一种有效途径。
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