锥形螺母冷镦挤数值模拟和模具设计.pdf

学兔兔 第 2期 (总第 189期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．2 2O15年 O4月 MECHANICAL ENGINEERING 8L AUTOMATION Apr． 文章编 号 ：1672—6413(2015)02—0142—02 锥形螺母冷镦挤数值模拟及模具设计 张 磊 ，容幸福 (1．太原理5-大学 机械工程学院，山西 太原 030024；2 山西通威感知消 防科技有 限公司，山西 太原 030006) 摘要：提出了锥形螺母一次冷镦挤复合成形新工艺，设计了采用管坯冷镦挤成形锥形螺母的模具结构，运用 Deform一3D有限元软件 ，模拟分析 了锥形螺母冷镦挤成形过程中坯料填充凹模型腔 的流动速度场和等效应力 场。结果表明：管坯各处的流动应力值均不超过其材料 的流动应力极限，金属坯料可以流动到型腔的各个部 位，此工艺能够获得形状完整的锥形螺母。 关键词 ：锥形螺母；冷镦挤；数值模拟 ；模具设计 中图分类号 ：TP391．7：TG376．3 文献标识码 ：A 0 引言 条件为剪切摩擦模 型 ，即 r，=mk(其 中，r，为摩擦应 锥形螺母是 内十字膨胀螺栓 的主要组成零件之 力 ；m为摩擦因子 ，取 0．12；k为剪切屈服极限)。模具 一 ， 藏于孔洞中的锥形螺母与内十字螺栓螺纹联接 ，通 材料为 AISI—H一13，采用 四面体单元将坯料划分为 过旋转暴露的螺栓头部 ，使套管胀开，实现膨胀螺栓与 50000个网格 ，测量边长并设置位移步长为 0．1mm， 安装体的固定。这种新型膨胀螺栓正在替代传统的膨 凸模运动速度为 5mm／s，并对坯料和模具进行边界和 胀螺栓，具有安装简单、外形美观等优点。锥形螺母的 体积补偿等。 生产常常采用冷挤压扩孔+切削加工 内螺纹的工艺 ， 该工艺将浪费大量 的金属材料和机加工工时，生产效 4 ： J 率低 ，不适合大批量化的生产要求 口 j。本文提出了 一 种冷镦挤复合成形锥形螺母 的新工艺 ，以M5锥形 螺母为例，通过有限元模拟仿真技术验证 了该工艺的 嘻 可行性 ，并根据数值模拟 的结果设计了一套锥形螺母 挺 ∞JL0嘻一 ——1[ 冷镦挤成形模具 。 1， 1 工艺分析 影响冷镦挤成形效果 的因素很多，如坯料与模具 之间的摩擦系数 、坯料形状、模具结构和挤压设备等。 锥形螺母形状复杂 ，由锥形光孔和带 内螺纹的圆柱孔 组成 ，如图 1所示。在冷镦挤过程 中各部分变形不均 ■ 霪 匀，并且要求材料在镦挤时具有 良好的塑性和流动性 ； 另外冷镦挤所需的镦挤力较大，往往会使 凸模承受较 大的偏心载荷而发生弯曲折断 。综上所述 ，本文提出 了一种相对简单的锥形螺母冷镦挤成形新工艺，即一 次冷扩孔+冷镦挤 内螺纹 的复合成形新工艺 ，如图 2 所示。具体工艺路线为 ：备管状坯料一退火一磷化皂 化处理 冷镦挤一成品检验。 2 数值模拟 利用 Deform一3DV6．1三维有限元软件对锥形螺 母冷镦挤过程进行数值模拟。用 UG6．0三维软件进 图3 锥形螺母冷镦挤成形有限元模 型 行实体建模并导出STL格式的装配文件 ，建立 的空心 3 模拟结