凿岩钎头是凿岩钎具中直接与岩石接触的部分，是矿山、隧道、水利等工程上用量很大的易损耗件。据统计，我国矿山和建设工地每年大约要消耗5000万只以上的中小型凿岩钎头。寻找出成本低、寿命长的钎头制造工艺，提高钎头体的产品力学性能和表面质量，有着十分重要的意义。温挤压是指毛坯加热到临界温度Ac3以下室温以上某个合适温度，使金属在挤压模具的型腔内发生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸和性能的零件挤压方法。温挤压是20世纪70年代初期从冷挤压发展起来的，是一种少切削、无切削的先进加工工艺，在金属材料的塑性加工中获得了迅速发展。钎头壳体温挤压工艺作为一种新的工艺技术，尚有许多难题值得我们去解决。挤压模具设计正确与否，对模具的使用寿命和钎头的制造成本有很大的影响。随着计算机技术的发展和有限元方法的完善，运用有限元法对挤压模具进行模拟研究，可以全面了解挤压过程各种场量信息，为合理确定温挤压工艺和合理设计温挤压模具、保证模具的寿命和产品的质量提供了科学依据。 论文从调研、理论分析、有限元分析、工业考核和实例实施几个方面，围绕着有限元分析，建立了有限元接触分析模型，研究了不同摩擦系数、不同模具结构条件下，凸模、凹模在温挤压过程中应力场、应变场的分布规律：结合工业考核，对一些工艺参数和模具结构设计提出了建议。论文的研究内容和结论如下： 1. 运用三维设计软件Pro/Engineer，建立了钎头壳体三维模型和温挤压模具成型零件的三维实体模型。将Pro/Engineer实体模具模型转换到ANSYS中，对其划分网格，建立接触对，设置边界条件、载荷和求解选项，并对其求解。 2.对不同摩擦系数下，凹模挤压的等效应力场进行了分析，得到的结论如下：摩擦系数在0.10～0.15之间时，凹模等效应力较小，较大等效应力分布的范围也小，应力状态较好。摩擦系数在0.15左右时，温挤压凹模有最好的应力状态。摩擦系数超过0.15时，凹模等效应力数值和较大应力分布范围随着摩擦系数的增大而增大。摩擦系数在0.10～0.20之间时，凹模存在着个别奇异点，其应力相比其他部位相对大较多，但范围很小。摩擦系数小于0.1时，凹模等效应力反而随着摩擦系数的减小而增大，当摩擦系数达到0.06，凹模等效应力数值反而变得远远大于摩擦系数大于0.1的情况，且较大应力分布的区域大大增加，使凹模很容易破坏。建议凹模挤压摩擦系数保证在0.10～0.15之间。 研究了凹模不同剖面和不同表面的等效应力情况，得出的结论为：摩擦系数在0.10～0.20之间时，在不同摩擦系数情况下，其较大应力分布的区域大致相同，基本分布在成型排粉沟的凸面附近。对凹模所受的剪应力进行了分析，发现除了凹模最凸处剪应力较大外，在靠近最凸处的凹模下部分，也存在着较大的剪应力，特别是XZ方向的剪应力，最大值的绝对值达到445MPa，凹模容易在这个部位被剪断。对钎头壳体残余应力进行了分析，残余应力在70MPa到170MPa之间，分布比较均匀。从等效应变分析可知，摩擦系数为0.1时，钎头壳体的等效应变最大，较大应变分布的区域也最广，说明摩擦系数为0.1时，凹模最容易充满型腔。 3.运用接触分析对三维凸模挤压进行分析，得到了凸模等效应力场基本上是基于凸模轴线对称分布，因此采用轴对称方法对凸模挤压进行了平面分析。分析了不同摩擦系数条件下的等效应力分布，得出结论：摩擦系数越小，其最大等效应力越小，较大应力分布的区域也越小。摩擦系数小于0.1时，减小的趋势不明显，即应力状况虽然有所改善，但改善的趋势比较小。当摩擦系数大于0.1时，随着摩擦系数的增大，凸模最大等效应力增大得较快，较大应力分布的区域也在变大。特别是摩擦系数增人到0.15以上时，其最大等效应力数值变得很大，较大应力分布得区域也随着摩擦系数的增大大大扩大了。不管摩擦情况如何，在球形区域最下端、凸模和坯料首先接触的很小的区域，均存在一定程度的应力集中现象。摩擦系数越大，应力集中现象越明显。 建议摩擦系数选择在0.10左右。 通过对凸模转折处不同圆角半径情况下的等效应力场进行分析，得出结论：不同的圆角半径对总体的应力场分布影响不大，对较大等效应力的值影响也不太明显。圆角半径为3mm时的应力状况最好，其最人应力和较大等效应力分布的区域均相对较小。转折处存在应力集中现象。圆角半径为1mm和2mm时，转折处存在较大的应力，应力集中效应随着圆角半径的增大也减小，即应力的最大值在减小，但当圆角半径大于4mm时，应力最大值减小的趋势不明显。所以，圆角半径可取3mm或4mm。 4.理论分析和现场实践都证明，凹模的失效形式主要为变形和断裂，凸模的主要失效形式为镦粗、弯曲、折断和裂纹。采取了一定的措施防止凹模和凸模非正常失效，使模具的寿命提高不少。温挤压模具材料的选用要符合热硬性、强度和韧性、淬硬性和淬透性的要求。为此凹模可以采用3Cr2W8V、高速钢等材料，凸模可以采用高速钢、4Cr5MoSiV(H13)、Y4(40CrMoVNb)等材料。压力机建议选用液压机，加热设备建议选用中频感应加热炉。通过实例的实施证明，论文所述有限元理论分析和采取的一些措施，不但解决了模具寿命短的工程难题，而且使用温挤压工艺生产的钎头壳体的质量与性价比指标均达到国内领先水平。