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第45卷第2期农业装备技术灾燥造援45翼.2

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内螺纹冷挤压过程的数值模拟研究

丁平平，许冬雷

（江苏东泽环保有限公司，江苏宜兴214200）

摘要：针对高强度钢内螺纹的冷挤压加工过程中，工件底孔直径、挤压速度与摩擦因子对内螺纹挤

压过程中温度与扭矩的影响，导致丝锥的磨损与折断以及内螺纹的加工质量影响很大的问题，通过

对Q460高强度钢内螺纹冷挤压过程的数值模拟与试验研究，分析了不同工艺参数下工件底孔直

径、挤压速度与摩擦因子对内螺纹挤压过程中温度与扭矩的影响，并优选工艺参数获得理想的内螺

纹，为进一步提高内螺纹的表面质量和疲劳性能提供新的依据。

关键词：内螺纹；冷挤压；扭矩温度；数值模拟

0引言1有限元模型的建立及前处理

随着飞机、高速列车使用性能不断提高，高速钢利用SOLIDWORKS软件，采用自下而上的方法

性能设计作用日益突出，设计人员需要设计出最为建模，模型包括挤压丝锥、工件以及下模，建模完成

安全的机构，许多零件采用螺栓连接，在行驶过程中后进行装配，另存为STL后导入DEFORM-3D软件

会受到极大的交变剪切载荷。因此，螺纹连接的可靠前处理器，最终建立整个有限元模型，如图1所示。

性对飞机、高速列车的使用寿命起着至关重要的作

用。

采用内螺纹冷挤压成形工艺净成形是当今飞

机、高速列车等在抗疲劳加工领域的一个发展趋势。

这种加工方式能够在内螺纹表面和次表面中保存冷

作硬化状态，不仅可以提高材料的硬度和强度，而且图1内螺纹冷挤压成形的模型

内螺纹冷挤压成形是六棱挤压丝锥每条棱边上

可以提高内螺纹的使用寿命。飞机、高速列车等采用

的棱齿逐步对工件材料实施挤压成形的过程。内螺

高强度钢系列进行加工，它不仅具有较高强度，而且

纹成形时工件材料在挤压丝锥棱齿的作用下发生剧

具有良好的断裂韧性，但缺口敏感性大，易形成应力

烈的塑性变形，并伴随着少量的弹性变形。利用有限

集中，对氢脆和应力腐蚀很敏感，因此，要获得良好

元软件模拟内螺纹成形过程，其在理论上属于弹塑

的抗疲劳性必须通过合理的加工工艺来提高螺纹的

性大变形问题，在此过程中伴随各种非线性现象发

加工精度和表面质量。

生，如材料非线性、几何非线性、接触非线性，因此合

冷挤压成形过程是复杂的弹塑性大变形过程，

理选择单元类型显得尤为重要。在deform中一般采

影响因素众多，如材料性能、温度及工艺参数等，该

用四面体网格进行网格划分，为提高仿真精度和仿

过程涉及几何非线性、材料非线性、边界条件非线性

真速度，常根据实际情况对局部区域采用网格细分，

等一系列难题。冷挤压成形的研究方法主要采用“经

网格划分后共有节点47766个、单元