螺纹冷滚打变形过程研究

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高速冷滚打成形技术是一种新型精密塑性成形技术,已经在齿轮、花键的加工中得到了应用。它是利用金属可塑性成形的特点,采用高速旋转的滚打轮对工件进行滚压和击打,强迫金属流动而形成零件形廓的一种局部加载的近净成形精密塑性加工方法。本文提出将高速冷滚打成形技术应用于螺纹的加工中,与传统的螺纹加工技术相比,螺纹冷滚打成形技术具有载荷小、耗能低和柔性好等优点,在螺纹塑性加工领域具有广阔的应用前景。  在分析螺纹冷滚打技术基本原理的基础上,对梯形螺纹和三角螺纹的冷滚打成形过程进行了研究,运用理论分析、有限元分析以及试验相结合的研究方法对螺纹冷滚打的变形过程进行了研究,对于探索冷滚打成形技术在螺纹加工中的应用具有重要的意义。  根据螺纹冷滚打成形原理,分析了螺纹冷滚打的运动关系,得到了螺纹冷滚打的刀具(滚打轮)和工件的传动关系,以及工件毛坯直径的计算公式;依据螺纹的截面轮廓,确定了三角螺纹和梯形螺纹的滚打轮的结构。分析螺纹冷滚打成形原理表明:冷滚打成形的螺旋面是滚打轮回转面在相对工件运动中的包络面,以此为依据建立了牙形误差的数学模型,并对冷滚打成形的螺纹牙形误差进行计算。研究了成形后的螺纹齿槽底部的鳞纹,确定鳞纹大小和工艺参数之间的关系。  利用ABAQUS有限元分析软件,对螺纹冷滚打成形过程中的应力应变状态进行分析,得到了应力应变场分布。研究了单次冷滚打螺纹的时间以及滚打过程的径向变形力,分析了滚打轮的转速、打入深度、滚打轮半径等因素对径向变形力的影响,相关因素与径向变形力、凸起最大值、齿槽深度的影响关系,通过正交试验,选取比较合理的工艺参数。  设计了螺纹的冷滚打装置,在车床上进行了螺纹冷滚打的试验,分析了冷滚打的紫铜和黄铜试件的螺纹齿形轮廓,以及金相组织变化情况,试验验证了螺纹冷滚打成形技术的可行性和优越性。
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