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摘要汽车活塞销作为内燃机的重要零件之一，通常采用冷挤压工艺成形，由于活塞销挤压过程材料流动复杂，因此定量分析其成形过程中各种挤压参量对挤压过程的影响是决定活塞销质量的关键。本文采用 deform-3d 6.1 有限元模拟软件对汽车活塞销反挤压成形过程进行模拟，分析了活塞销挤压过程的挤压载荷、等效应变、等效应力变化以及挤压速度、摩擦条件、凸模形状对挤压过程的影响，最后分析了挤压过程的模具磨损。结果表明：随着挤压速度增大，高等效应变速率区扩大，模具磨损量增大；随着摩擦系数的增大，挤压载荷明显提高，高等效应变区扩大；尖顶锥形凸模能降低载荷，减小模具磨损量。为获得高的生产效率、良好的加工硬化能力及模具寿命，活塞销最佳挤压方案确定为：挤压速度 20mm/s、摩擦系数0.2、凸模形状采用尖顶锥形凸模。28465
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毕业论文关键词 活塞销 反挤压 有限元模拟 模具磨损
Title Research on the backward extrusion process of car piston pinAbstractAs one of important part of internal combustion engine,car piston pin usuallyproduced by cold extrusion process.The material flowing of piston pin's extrusionprocess is complex,so quantitative analysis of various extrusion parameters'influences during forming process is the key to determine the quality of the pistonpin. In order to analyze the changes of the process force, effective strain,effective stress during the car piston pin’s extrusion process, and find out theinfluences of extrusion speed, friction condition, punch shape, and research thedie wear, the car piston pin’s extrusion process was simulated by deform-3d 6.1software. The results show that with the increment of the extrusion speed，thehigher effective strain rate region is expanded as well as the die wear depth isgrow. As the friction factor is increased, the process force is obviously increasedand the higher effective strain area is expanded. Pointed conical punch can reduceeffort and decrease the die wear depth .In order to achieve high productionefficiency, and good work-hardening capability and higher die life, the betterscheme of car piston pin’s extrusion is: extrusion speed 20mm/s, friction factor0.2, pointed conical punch.Keywords car piston pin backward extrusion finite element simulationdie wear
目 次
1 绪论 1
1.1 前言. 1
1.2 反挤压概论. 1
1.2.1 反挤压的定义及分类 1
1.2.2 反挤压的特点 1
1.2.3 反挤压工艺的影响因素. 1
1.3 有限元模拟技术在反挤压工艺中的应用. 3
1.4 汽车活塞销的特点. 3
1.5 课题研究意义和内容. 4
2 活塞销反挤压有限元模拟实验方案 5
2.1 活塞销反挤压工艺. 5
2.2 几何模型建立. 7
2.3 deform-3d 有限元模型的建立 8
2.3.1 材料设置及网格划分 8
2.3.2 边界条件设置 8
2.3.3 模拟参数设置 8
2.3.4 模拟控制设置 9
2.4 模拟研究方案. 9
3 模拟结果及分析 11
3.1 挤压过程分析. 11
3.1.1 挤压过程变形分析 11
3.1.2 挤压载荷分析 12
3.1.3 等效应变分析 13
3.1.4 等效应力分析 14
3.1.5 等效应变速率分析 16
3.2 挤压参数及模具参数对活塞销挤压工艺的影响. 18
3.2.1 挤压速度的影响 18
3.2.2 摩擦条件的影响 19
3.3.3 模具参数的影响 22
3.3 模具磨损分析. 23
3.3.1 模具磨损模拟结果 23
3.3.2 凸模、凹模磨损区域分析 24
3.3.3 模具磨损的影响因素分析 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论1.1 前言反挤压工艺由于具有能耗低、生产效率高以及性能均匀等优点而被广泛运用于实际生产中，并在生产制造业中起着重要作用。本文主要论述了反挤压工艺的影响因素、有限元模拟技术在反挤压研究中的应用以及汽车活塞销的特点，从而为活塞销反挤压工艺的研究奠定理论基础。1.2 反挤压概论1.2.1 反挤压的定义及分类反挤压指在挤压过程中坯料与挤压筒间无相对运动的挤压过程[1]。 按挤压时坯料温度可分为：冷反挤压、温反挤压、热反挤压。其中：冷反挤压指在温度低于回复温度条件下的反挤压；温反挤压指在坯料温度高于回复温度且低于再结晶温度条件下的反挤压；热反挤压是指在再结晶温度以上的条件下进行的反挤压[1]。1.2.2 反挤压的特点反挤压特点[1]有：(1)在同一反挤压条件下，由于反挤压过程中挤压筒壁与坯料表面间无相对滑动，无摩擦损失，因此需要的最大挤压载荷比正挤压少三分之一；(2)坯料和挤压筒之间不产生摩擦热，且变形区体积小，变形热小，可采用较快的速度进行挤压，产品表面以及边角不易出现裂纹；(3)反挤压模具挤压过程的磨损量小，故反挤压模具的使用寿命长；(4)反挤压尾端坯料无倒流现象，反挤压残料少；(5)反挤压最终产品尺寸精度高，但其表面质量较差。1.2.3 反挤压工艺的影响因素(1)材料性能反挤压材料性能主要指坯料的力学性能。材料性能是凹模内壁压力的主要影响因素[2,3]。材料的强度或硬度大，则说明材料本身的变形抗力和流变应力大，所需要的挤压载荷大。材料的微观组织均匀性越好，其塑性越好，挤压所需的载荷越低。同一挤压条件下挤压相同形状的零件，高强度的合金钢需要的载荷始终比低碳钢大。因此材料本身性能在一定程度上就已经决定了挤压力的范围。