多层薄壁零件冷挤压工艺与模具结构开题报告

全文总字数：3950字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着材料科学和结构工艺学的飞速发展,薄壁零件因具有高强度、重量轻、高承载性等特点,在汽车、国防等工业领域得到了越来越广泛的应用。特别是在要求降低自身重量又不失强度、刚度的航空航天工业中得到很好的应用。目前,薄壁零件正在向极薄化、大尺寸化和复杂化的方向发展。薄壁零件是指由各种薄型板(壳)和加强筋条构成的轻量化结构零件。一般认为，在壳体件、套筒件、环形件、盘形件、平板件轴类和特形件中,当零件壁厚与内径曲率半径(或轮廓尺寸)之比小于1:20时,称作薄壁零件。薄壁件除了具有重量轻、节约材料、结构紧凑等优点外，也存在刚度相对较低,在制造过程中易发生收缩、翘曲等情况,这些情况严重限制了薄壁件在高精度领域的应用发展。因此,控制薄壁件的加工变形问题成为了薄壁件应用研究的热点。

目前薄壁零件的加工方法很多,如传统的铣削、车削、飞切、磨削、抛光,以及旋压、压铸、混合加工成形等等,每种加工方法都对应着不同类型的薄壁件制造与应用。薄壁件结构形状复杂,外形协调要求较高,零件外廓尺寸相对截面尺寸较大、加工余量大、相对刚度较低,加工工艺性差,精度要求高,在加工过程中极易产生变形,直接影响薄壁件批量化生产成品率。

从薄璧件自身的角度出发,可以通过改进毛坯材料、结构的工艺性等方法来抵抗变形。但是特定的薄壁件材料和结构形状往往是服从使用环境需要的，受制于使用性能和成本限制一般很难改变。从薄壁件外部作用的角度来看，影响薄壁件加工变形的众多因素中，毛坯的装夹力、切削力和残余应力为主要因素。其中，装夹力和切削力主要造成工件加工表面的几何误差,而毛坯初始残余应力的释放和重分布则会引起零件整体上的弯扭组合变形，因此应予以特别重视。国内外对薄壁零件加工变形的研究较多,主要：侧重于切削力、残余应力、薄壁零件装夹和加工表面误差的预测及补偿的研究。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、掌握有限元模拟软件与三维 CAD模具设计软件，设计多层薄壁零件的成形工艺方案；

2、以多层薄壁零件的成形工艺方案为依托，建立其复合挤压成形过程有限元模型；

3、计算复合挤压成形过程中多物理场与金属流动规律，获得优选的工艺方案和模具结构。

2.2 研究目标

采用DEFORM有限元模拟方法能够有效模拟复合挤压成形过程，从而为多层薄壁零件的冷挤压成形工艺提供理论指导。多层薄壁零件冷挤压模若采用整体凸、凹模和固定凹模结构,则凸、凹模难以加工制造,工件难于脱模，因此采用镶套式组合凸、凹模和浮动凹模结构,不仅解决了型腔制造和工件脱模的困难,而且改善了模具的填充、排气性能。本研究将针对多层薄壁零件冷挤压工艺，采用复合挤压成形的方法，运用有限元软件DEFORM建立其复合挤压成形过程有限元模型，研究多层薄壁零件的挤压技术与模具结构。

2.3 技术方案

根据毕业设计任务书中设计内容及要求，技术方案流程图如下所示：

技术说明：

1、分析零件，并通过计算求出坯料形状尺寸，初步设计冷挤压模具结构。并在三维建模软件Pro/Engineer中建立凸模、凹模、坯料的三维实体模型，并保存为.stl格式。

2、将保存好的.stl文件导入到DEFORM-3D软件。在DEFORM-3D软件中，对坯料模型进行网格划分，并确定工艺参数，模拟变形过程。

3、打开需分析零件的后处理窗口，分析坯料的多物理场与金属流动规律，并通过材料流动和定点追踪观察变形过程中是否有缺陷生成并探究其生成原因。

4、改变模拟过程中的不同参数，研究该参数对形成过程及制件质量的影响。根据模拟结果，进行分析并优化工艺过程，最终获得优选的工艺方案和模具结构。

5、最终确定模具结构与尺寸，并在Pro/Engineer软件中绘出模具装配图。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需软件。研究多层薄壁零件的成形工艺方案，并完成开题报告。

第4－7周：建立复合挤压成形过程有限元模型；获得复合挤压成形过程中多物理场与金属流动规律。

第8－11周：获得优选的工艺方案与模具结构。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]董辉跃,柯映林.铣削加工中薄壁件装夹方案优选的有限元模拟[j].浙江大学学报:工业版,2004,38(1):17-21.

[2]高翔,王勇.薄壁零件精密数控铣削关键技术研究[j].机床与液压,2009,37(9):14-17.

[3]石广丰,王景梅,等.薄壁零件的制造工艺研究现状[j].长春理工大学学报(自然科学版),2012,35(01):68-72.