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应用于载重车辆的HUCK铆钉冷精锻成形工艺研究
| 论文题名： | 应用于载重车辆的HUCK铆钉冷精锻成形工艺研究 |
| 关键词： | 哈克抽芯铆钉;冷精锻;同轴度;冷搓成形;应变均匀性;正交实验 |
| 摘要： | 哈克抽芯铆钉从结构上分为铆套与钉杆两部分，铆接后可以形成100%过盈配合，具有永久性紧固力与高抗剪力被广泛地应用于铁路货车车身的连接中。由于铆钉工作环境恶劣，承受交变载荷、冲击和振动等，受力情况极为复杂，这就对铆钉的物理及机械力学性能有着更高的要求。冷精锻技术可以很好提高材料利用率及生产效率，且成形后零件质量好、精度高，被逐渐应用到此类零件的生产方式上。本文将数值模拟与实验验证相结合，主要研究了哈克抽芯铆钉冷精锻成形工艺问题。 首先，对哈克抽芯铆钉结构特点与铆套现冷精锻的缺陷进行了分析，详细地介绍了冷精锻成形分析中的关键理论，诸如，等效应力应变、小变形几何方程以及数值模拟中的摩擦模型等问题。在此基础上介绍了冷挤压成形工艺设计流程，对关键参数进行计算，初步设计了铆套的两种四工序冷挤压成形工艺，并对两种成形工艺特点进行分析，为后续工作打下基础。 其次，分析了金属反挤压时内部各质点的流动规律，对铆套成形方案工序一，即深孔成形工序，进行了重点研究。利用DEFORM-3D的点追踪功能，在刚性平移区的径向区域与最内层圆周区域选取追踪点，以所选点的径向偏移量为评价标准研究了平底锥形、尖顶锥、双锥和平底四种凸模结构对深孔同轴度的影响程度。同时对比行程载荷与成形后的凸模应力，综合结果表明双锥凸模能在较低成形载荷的情况下提高零件同轴度。 然后，对铆套成形工艺的最关键工序，即工序三(头部成形)，进行了重点研究。对模具结构进行了优化，在模具的铆套顶部外圆角处、杆部与头部连接处分别预留一直径为?0.2mm的排气孔，目的是解决制件填充不满与憋气问题。分别建立了有限元模型利用DEFORM-3D进行数值模拟，对比成形过程中的等效应力应变、行程载荷和金属流动情况，综合结果表明工艺二成形终段等效应力应变值比工艺一分别高出15%、16%，且金属流动混乱，得出工艺一更加合理的结论。 最后，基于外螺纹与花键冷搓成形机理，确定了钉杆上环形沟槽冷搓成形模具的关键参数，利用DEFORM-3D对冷搓过程进行数值模拟，观察成形过程中等效应变分布与金属流动情况。利用基于累计分布概率的应变均匀性评价方法与正交试验，研究咬入角、搓制速度、摩擦系数对应变均匀性的影响规律。通过极差与方差分析得出优工艺参数组合为咬入角为2°、搓制速度为200mm/s、摩擦因子为0.4，在此基础上得到了槽形饱满，表面光滑，无裂纹、折叠等缺陷的零件，并以优工艺参数组合为例，研究了钉杆冷搓成形中的等效应力分布与金属流动情况。 |
| 作者： | 朱景秋 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张东民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海应用技术大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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