等壁厚螺杆钻具定子管挤压成形的有限元分析.pdfVIP

学兔兔 第3期 (总第 178期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．3 2013年 6月 MECHANICAL ENGINEERING AUT0MATI()N Jun． 文章编号 ：1672-6413(2013)03-0017—03 等壁厚螺杆钻具定子管挤压成形的有限元分析 王 可，郭明性 ，孙兴伟 (沈阳工业大学 机械X-程学院。辽宁 沈阳 110870) 摘要：螺杆钻具定子的橡胶厚度不均匀是导致螺杆钻具的使用寿命较低和工作性能较差的主要原因之一，因 此提 出了等壁厚螺杆钻具定子滚压成形技术。建立 了等壁厚螺杆钻具定子管挤压成形的有限元模型，并利用 有限元分析软件对加工过程进行分析，得出工件温度、滚轮外形、进给速度对定子管轮廓线和加工载荷的影 响，为今后等壁厚螺杆钻具定子滚压成形设备的研制提供参考依据。 关键词 ：等壁厚螺杆钻具；定子；挤压成形 ；有限元分析 中图分类号：TG372：TG713 ．1 文献标识码 ：A 0 引言 在热变形时变形速度的提高将引起应力提高。 目前公认的螺杆钻具定子的加工方法是将橡胶浇 (4)变形程度对变形抗力 的影响：随着变形程度 铸在定子壳体的光滑内壁，橡胶衬套 的内表面是螺旋 的增加 ，将会产生加工硬化现象，提高变形抗力 。 曲面，橡胶层衬套厚薄不均。该螺杆钻具定子在工作 1．2 挤压变形的基本假设 时，容易导致定子过早失效 ，缩短了螺杆钻具 的使用寿 由于定子管的挤压成形是一个较为复杂 的过程 ， 命。采用等壁厚螺杆钻具替代普通螺杆钻具 ，由金属 因此，为了得到有指导意义的解 ，在研究挤压成形的力 取代 了现有定子上的大部分合成橡胶 ，只围绕着壳内 学行为时，将采用以下假设进行处理[4]：①定子管是 基础钢体的内表面固定了很薄的一层合成橡胶 ，从根 由连续介质组成的，内部不存在任何间隙；②定子管内 本上解决了 目前螺杆钻具因不等壁厚橡胶 引起 的问 各质点的化学成分、组织都是均匀并且相同的；③挤压 题。迄今，等壁厚螺杆钻具定子主要采用金属切削加 成形中的外力指的就是表面力，即体积力为零；④将定 工和铸造成型，由于两种加工 的成本高，效率低 ，因此 子管的整体作为研究对象时，假设其处于平衡状态 ，当 作者提出等壁厚螺杆钻具定子滚压成形技术。滚压成 把该整体划分为有限个单元体作为研究对象时，每个 形技术将提高加工生产率 ，消除定子管的内部缺陷，节 单元体将仍处于平衡状态；⑤假设定子管受外力之前 约材料，使得工件有较佳的综合力学性能，并达到一定 处于 自平衡状态，即初始应力为零；⑥挤压变形为塑性 的精度要求。[1 变形 ，虽然体积也有微小变化 ，但相对塑性变形量来说 1 有限元模拟的理论基础 是很小的，因此可忽略不计 ，即假设体积保持不变。 1．1 影响挤压变形抗力的主要 因素L3] 2 有限元模型的建立 (1)组织的影响：当定子管被加热到约 850℃时， 本文建立了基于六滚轮挤压定子管过程的有限元 发生相变，变形抗力会发生变化。 模型，如图1所示，采用 42CrMo钢作为定子