基于DEFORM-3D的花键成形分析.pdfVIP

学兔兔 第2期 (总第1 65期) 机 械 工程 与 自动 化 No．2 2011年4月 MECHANICAL ENGINEERING AUT0MATION Apr． 文章编号：1672—6413(2011)02—0057—03 基于DEFORM一3D的花键成形分析 张少杰，王明福，王志伟 (太15．科技大学材料科学与工程学院，山西 太原 030024) 摘要：基于刚塑性有限元法基本理论，并借助于通用三维有限元分析软件DEFORM--3D建立了花键冷滚压成 形全过程三维动态有限元模型，对花键冷滚压成形过程进行了有限元模拟分析。揭示了花键冷滚压成形过程的 等效应力、等效应变的分布情况和金属流动规律，从而为花键冷滚压成形工艺研究提供理论依据。 关键词：DEF0RM～3D；花键；冷滚压成形；有限元分析 中图分类号：TG31：TG33 文献标识码：A 0 引言 忽略不计，在计算中可以将材料视为刚塑性材料。由 花键冷滚压成形作为～种无切削加工新工艺，是 金属塑性成形原理可知，变形体必须满足下列基本方 先进制造技术的组成部分，与传统的制造方法比较，具 程 · ： 有节材显著、生产效率高、成形质量好等优点El-3]。在 (1)平衡微分方程： 花键冷滚压成形过程中，金属材料的塑性变形是很大 一0 。 …………………………………… (1) 的，在位移与应变的关系中存在几何非线性，在金属 其中： 为应力张量对坐标变量的偏微分。 材料的本构关系中存在材料非线性，在模具与工件的 接触中存在接触非线性 基于花键冷滚压成形过程的 许多非线性特征，要获得精确解是很难的，而有限元 法是目前进行非线性分析的最强有力工具，可以获得 变形体应力、应变等场量的详细解 ]。 1 成形工艺 花键冷滚压成形原理如图1所示。采用一对参数 滚压轮 滚压轮 相同的滚压轮分别安装在两根主轴上，在传动机构的 图1 花键冷滚压成形原理图 驱动下同向同步旋转。工件以两端中心孑L定位夹紧，始 (2)几何方程： 终与两滚压轮处于自由对滚状态。在滚压力的作用下， 1 ，一 寺(“ +z )。………………………… (2) 两个滚压轮径向进给挤压工件，产生摩擦力矩带动工 件旋转，滚压轮克服工件材料的变形抗力，使工件坯 其中：÷ 沩应变速率张量；U 、Uj,i分别为位移分量和 料外圆产生塑性变形，同时逐渐挤入工件坯件中。随 速度分量的偏微分。 着挤入量的增加，工件坯料外圆部分的金属就相应凸 (3)体积不可压缩条件： 起。凸起部分的金属在成形工具(滚压轮)与坯件接触 一0 。… …………………………………··(3) 而产生相互转动时，借助范成运动来形成齿形，在坯 其中： 为体积应变速率。 件表面上滚压出花键来 ．6_。该方法可实现齿形加工的 (4)应力边界条件： 连续、局部塑性成形，能解决成形时成形力高的问题。 ，一 F (在 F上)。 ……………………… (4) 它加工出的花键有着塑性加工共同的特点，即尺寸精 其中： ，为应力张量； ，为已知力面S，上的单位法向 度高、表面质量好、生产率高、综合机械性能优。 矢量；F 为已知力面 ，