工程机械半轴套管热挤压工艺及装备研究.pdf

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1、分类号：伯乡7 石密级：单位代码：1 0 4 2 2学号：珈孑倒坪厶紊另孥硕士学位论文S h a n d o n gU n i v e r s i t yM a s t e r T h e s i s论文题目：工理加撼半猫管燕撕压工匀凇研幻只臼州铣O n,加衫黝肜啪础f 聊硎护眦一吁钐g 蚍于勺玩断唔他砌吲作者姓名：堑驽专业：燃芝也导师：幺难基竣合作导师：7,o t l 年箩月口日D i s s e r t a t i o nS u b m i t t e df o rt h eA p p l i c a t i o no fM a s t e r SD e g r e eo fE n g i

2、 n e e r i n gT h eR e s e a r c ho nH o tE x t r u s i o nT e c h n i q u e sa n dE q u i p m e n tf o rA x l e-S h a f tS l e e v eo fE n g i n e e r i n gM a c h i n e r yC a n d i d a t e：M aY u t i n gS p e c i a l t y：M e c h a t r o n i cE n g i n e e r i n gS u p e r v i s o rP r o f YeM i n

3、 g i e r v l s o r：r ou eM m R l u nYS h a n d o n gU n i v e r s i t yM a y10，2 0 11原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：蝉E l 期：刎关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子

4、版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：马五等导师签名：目录目录摘要IA B S T R A C T I I I第1 章绪论11 1 引言11 2 半轴套管生产工艺研究现状21 3 金属塑性成形技术的研究现状41 3 1 金属塑性N T 特点41 3 2 塑性成形技术研究现状41 3 3 金属塑性成形工艺研究趋势51 4 金属塑性成形的有限元数值模拟61 4 1 有限元法简介61 4 2 金属塑性成形的有限元技术发展61-4 3 有限

5、元分析软件应用71 5 本课题的研究内容和意义81 5 1 课题研究背景81 5 2 课题研究内容81 5 3 课题研究意义9第2 章热挤压成形的理论基础112 1 热挤压工艺1 12 1 1 挤压工艺定义1 12 1 2 挤压工艺分类1 12 1 3 热挤压工艺特点1 22 2 金属塑性成形理论基础1 32 2 1 塑性力学的基本假设1 32 2 2 刚塑性基本方程1 42 2 3 刚塑性有限元的变分原理1 52 2 4 刚塑性有限元列式求解182 3 本章小结18第3 章半轴套管热挤压成形工艺设计及建模193 1D E F O R M 软件简介1 93 1 1D E F O R M 软件概

6、述1 93 1 2D E F O R M 软件特点1 93 1 3D E F O R M 功能模块2 03 1 4D E F O R M 模拟求解过程2 l3 2 半轴套管锻件图设计2 23 2 1 热挤压件的设计要求2 23 2 2 半轴套管锻件图2 33 3 半轴套管热挤压工艺建模2 43 3 1 半轴套管坯料选择2 43 3 2 半轴套管工艺设计2 5山东大学硕十学何论文3 3 3 挤压模具成形载荷计算2 73 4 热挤压仿真模拟工艺参数确定2 83 5 本章小结3 0第4 章半轴套管热挤压工艺仿真模拟3l4 1 工艺方案一仿真模拟3 14 1 1 压型工步仿真模拟3l4 1 2 反挤成

7、形大端工步仿真模拟3 34 1 3 复合挤压工步仿真模拟3 44 1 4 方案一可行性分析3 54 2 工艺方案二仿真模拟3 64 2 1 镦挤工步仿真模拟3 64 2 2 复合挤压内孔工步仿真模拟4 04 2 3 正挤压内孔工步仿真模拟4 l4 2 4 方案二可行性分析4 34 3 工艺方案三仿真模拟4 34 3 1 复合挤压内孔工步仿真模拟4 34 3 2 正挤压内孔工步仿真模拟4 54 3 3 方案三可行性分析：4 94 4 本章小结4 9第5 章热挤压设备研究515 1 挤压模具设计515 1 1 挤压模具材料选择5l5 1 2 热挤压模具设计原则5 25 1 3 压型凸模设计5 25

8、 1 4 冲孔凸模设计5 35 2 热挤压旋转工作台设计5 55 2 1 热挤压件可靠性分析5 55 2 2 回转支承选择5 55 2 3 旋转工作台装配图5 65 3 热挤压旋转工作台电路设计5 75 3 1 主回路设计5 75 3 2 控制回路设计5 75 4 本章小结5 8结论与展望5 9参考文献6 1致谢6 5UC O N T E N T SC o N T E N T SA B S T R A C T lA B S T R A C T 儿lC h a p t e r lI n t r o d u c t i o n l1 1I n t r o d u c t i o n 11 2C u

9、 r r e n tr e s e a r c hw i t hp o r c e s sf o ra x l e-s h a f ts l e e v e 一21 3C u r r e n tr e s e a r c hw i t hm e t a ld e f o r m i n g 41-3 1T h ec h a r a c t e r i s t i c so f m e t a ld e f o r m i n g 41 3 2C u r r e n tr e s e a r c hw i t hp l a s t i cd e f o m a t i o n 41 3 3T h

10、 ed e v e l o p m e n tt r e n d so fm e t a ld e f o r m i n g 51 4F i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss i m u l a t i o nt om e t a ld e f o r m i n g 61 4 1I n t r o d u c t i o nt oF E A 61 4 2D e v e l o p m e n to fF E At om e t a ld e f o r m i n g 61 4 3A p p l i c a t i o no fF E As o f

11、t w a r e 71 5D i s s e r t a t i o no u t l i n ea n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c e 81 5 1B a c k g r o u n d 81 5 2M a i nc o n t e n d s 81 5 3R e s e a r c hs i g n i f i c a n c e。9C h a p t e r 2T h e o r e t i c a lb a s i sf o r h o te x t r u s i o n 1l2 1H o te x t r u s i o np r

12、o c e s s ll2 1 1T h ed e f i n i t i o no fe x t r u s i o np r o c e s s l l2 1 2T h ec l a s s i f i c a t i o no f e x t r u s i o np r o c e s s 1 1 2 1 3T h ec h a r a c t e r i s t i c so fe x t r u s i o np r o c e s s 一122 2T h e o r e t i c a lb a s i sf o rm e t a ld e f o r m i n g 1 32

13、2 1H y p o t h e s i sb a s i sf o rp l a s t i cm e c h a n i c s 132 2 2B a s i ce q u a t i o no f r i g i d p l a s t i c。1 42 2 3V a r i a t i o n a lp r i n c i p l et or i g i d-p l a s t i cf i n i t ee l e m e n t 152 2 4R i g i d p l a s t i cf o r m u l a ss o l u t i o n 182 3S u m m r a

14、 yo fc h a p t e r 18C h a p t e r 3D e s i g no fh o te x t r u s i o np r o c e s sa n dm o d e l i n gf o ra x l e s h a f ts l e e v e 193 1I n t r o d u c t i o nt oD E F O R Ms o f t w a r e 193 1 1I n t r o d u c t i o nt oD E F O R Ms o f t w a r e 1 93 1 2T h ec h a r a c t e r i s t i c so

15、 f D E F O R Ms o f t w a r e。1 93 1 3F u n c t i o nm o d u l eo fD E F O I 之Ms o f t w a r e 2 03 1 4T h es i m u l a t i o np r o c e s so f D E F O R Ms o f t w a r e 2 13 2F o r g i n gg r a p h i c sd e s i g no fa x l e-s h a f ts l e e v e 2 23 2 1D e s i g np r i n c i p l eo f h o te x t r

16、 u s i o nw o r k p i e c e 2 23 2 2F o r g i n gg r a p h i c so fa x l e-s h a f ts l e e v e 2 33 3M o d e l i n go f a x l e s h a f ts l e e v ef o rh o te x t r u s i o np r o c e s s 2 4山东大学硕十学付论文3 3 1B i l l e td e s i g nf o ra x l e s h a f ts l e e v e。2 43 3 2D e s i g no f h o te x t r

17、u s i o np r o c e s sf o ra x l e-s h a f ts l e e v e 2 53 3 3C a c u l a t i o no f1 0 a d s t r o k ef o rm o u l d 2 73 4T e c h n i cp a r a m e t e r sd e s i g no f h o te x t r u s i o np r o c e s ss i m u l a t i o n 2 83 5S u m m r a yo fc h a p t e r 2 9C h a p t e r 4H o te x t r u s i

18、 o np r o c e s ss i m u l a t i o nf o ra x l e-s h a f ts l e e v e 314 1S i m u l a t i o nf o rt e c h n i c a lp r o g r a mo n e 314 1 1S i m u l a t i o nf o rp r e s sf o r m i n g 314 1 2S i m u l a t i o nf o ra n t i s q u e e z e d 3 34 1 3S i m u l a t i o nf o rc o m b i n e de x t r u

19、 s i o n 3 44 1 4F e a s i b i l i t ya n a l y s i so f t e c h n i c a lp r o g r a mo n e 3 54 2S i m u l a t i o nf o rt e c h n i c a lp r o g r a mt w o 3 54 2 1S i m u l a t i o nf o rp r e s sf o r m i n g 3 64 2 2S i m u l a t i o nf o rc o m p o u n de x t r u s i o n 3 94 2 3S i m u l a t

20、 i o nf o rf o r w a r de x t r u s i o n 414 2 4F e a s i b i l i t ya n a l y s i so ft e c h n i c a lp r o g r a mt w o 4 34 3S i m u l a t i o nf o rt e c h n i c a lp r o g r a mt h r e e 4 34 3 1S i m u l a t i o nf o rc o m b i n e de x t r u s i o n 4 34：；2S i m u l a t i o nf o rf o r w a

21、r de x t r u s i o n 4 54 3 3F e a s i b i l i t ya n a l y s i so ft e c h n i c a lp r o g r a mt h r e e 4 94 4S u m m r a yo fc h a p t e r 4 9C h a p t e r 5H o te x t r u s i o ne q u i p m e n td e s i g n 515 1E x t r u s i o nm o u l dd e s i g n 515 1 1M a t e r i a lo f e x t r u s i o nm

22、 o u l dd e s i g n 5 15 1 2D e s i g np r i n c i p l eo fe x t r u s i o nm o u l d 5 25 1 3M a l ed i ef o rp r e s sf o r m i n g 5 25 1 4M a l ed i ef o rp i e r c i n g 5 35 2R o t a t i n gp l a t f o r mf o re x t r u s i o ns y s t e m 5 55 2 1R e l i a b i l i t ya n a l y s i so fh o te x

23、 t r u s i o nw o r k p i e c e。5 55 2 2S l e w i n gb e 撕n gd e s i g n 5 55 2 3A s s e m b l yd r a w i n g sd e s i g n 5 65 3C i r c u i td e s i g nf o rr o t a t i n gp l a t f o n n 5 71；：；1M a i nc i r c u i td e s i g n 5 71；：；：!C o n t r o lc i r c u i td e s i g n 5 75 4S u m m r a yo fc

24、h a p t e r 5 8C o n c l u s i o n sa n dP e r s p e c t i v e s 5 9R e f e r e n c e s 6 1A c k n o w l e d g m e n t 6 5摘要摘要半轴套管是工程机械驱动桥上重要的零件，工作时承受着由于工作环境变化产生的各种复杂的交变应力。半轴套管锻造质量的好坏，对于工程机械安全运行有着重要的意义。半轴套管传统加工工艺存在着材料利用率偏低，成形工步较多，成本较高的缺点，已经不能满足近净成形的要求。热挤压加工使金属在加工过程中处于三向压应力状态，金属流线连续均匀分布，提高了工件的力学性能，已经

25、成为金属塑性成形研究的一个重要方向。金属塑性成形过程数值模拟是将精密锻造理论与数值模拟仿真技术结合起来的现代化分析方法，可以在短周期内以较低成本设计出良好的工艺参数，生产出高质量产品。数值模拟仿真可以实时描述整个金属塑性成形过程，并且可以根据模拟过程中出现的各种缺陷实时修改工艺参数，是新工艺开发的重要手段。本文全面分析了国内外的研究现状，在阅读和查证大量相关文献的基础上，开发了半轴套管热挤压工艺。文中利用P r o E 造型软件对半轴套管及挤压模具进行三维实体建模，并利用模拟软件D E F O R M 3 D 对三种成形方案进行数值模拟。文中对半轴套管不同成形方案中金属流动情况、产品成形载荷、

26、等效应变以及等效应力等进行了分析。在对仿真模拟结果进行分析的基础上，制定了最优的工艺方案，并设计了合理的挤压模具结构。同时针对半轴套管体壁厚不均现象产生的原因，设计了新型可调速旋转平台，即通过改变模具运动状态减小零件的同轴度误差，并设计其电路控制系统。本研究丰富了挤压变形的内容和理论，开发了半轴套管体的挤压精锻成形工艺，并设计了热挤压旋转平台，可以为类似结构零件的生产提供理论和实践依据。关键词半轴套管；热挤压：数值仿真；挤压设备山东大学硕十学何论文I l摹A B S T R A C TA B S T R A C TT h ea x l e s h a f ts l e e v ei sa ni

27、 m p o r t a n tp a r tt ot h ee n g i n e e r i n gm a c h i n e r yd r i v e A st h ew h e e la x l es u p p o r t，i te n d u r e sm u c hc o m p l i c a t e dc r o s s-v a r i e t ys t r e s sb e c a u s eo ft h ev a r y i n ge n v i r o n m e n t T h eq u a l i t yo fa x l e s h a f ts l e e v e

28、e f f e c t st h es a f eo p e r a t i o no ft h ee n g i n e e r i n gm a c h i n e r y T h et r a d i t i o n a ll o o s et o o l i n gf o r g i n gt oa x l e-s h a f ts l e e v em a k et h eh i l g hc o s ta n do v e r f u l lc r a f tp r o c e s s，i th a s n tc o m p l e t e dt h ea i mt oN e a

29、rN e tS h a p ef o r m i n go ff o r g i n g T h eh o te x t r u s i o nt e c h n o l o g yC a nm a k em a t e r i a ld e p r e s s e ds t r e s si nt h r e ed i r e c t i o n s，S Oi tc o m p a c ti n t e r i o ri s s u ea n di m p r o v et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fw o r kp i e c

30、e，w h i c hh a sb e e nt h ed i r e c t i o no fp l a s t i c sw o r k i n g T h es i m u l a t i o no fm e t a lp l a s t i cd e f o r m i n gi sak i n do fm o d e ma n a l y s i sm e t h o d sw h i c hi n t e g r a t et h et h e o r yo fp r e c i s i o nf o r g i n ga n dt e c h n o l o g yo fs i

31、m u l a t i o n T h ep r o d u c tw i t hh i g hq u a l i t yc o u l db eg o ta tl o w e rc o s ti ns h o r tp e r i o db yt h es i m u l a t i o no fm e t a ld e f o r m i n g T h ee n t i r ep r o c e s so fm e t a ld e f o r m i n gc o u l db ed e s c r i b e d,s i m u l t a n e o u s l y；t h ed

32、i ea n df o r g i n gt e c h n o l o g yc o u l db ei m p r o v e di nt i m e l yw i t ha n a l y z i n gt h er e a s o n so fw o r k p i e c e Sf l a w s，S Oi ti sa ni m p o r t a n tm e a n so fd e v e l o p i n gn e wf o r g i n gp r o c e s s B a s e do na n a l y z i n gt h ed o m e s t i ca n

33、df o r e i g nr e s e a r c hs t a t u s，t h i sp a p e re x c o g i t a t e st h eh o te x t r u s i o nt e c h n o l o g yo fa x l e-s h a f ts l e e v e T h e3-Dg e o m e t r ym o d e l i n go fa x l e s h 啦s l e e v ea n dt h ep r i m a r ym o u l dW a sm a d eb yP r o Es o f t w a r e T h et h

34、r e ef o r m i n gp r o c e s sw a ss i m u l a t e db yD E F O R M-3 Ds o f t w a r e T h r o u g hn u m e r i c a ls i m u l a t i o no ff i n i t ee l e m e n tm e t h o d，t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e dt h et e n d e n c yo fm e t a l l i cf l o w,t h ef o r m i n go ft h ed e f o r m a

35、t i o nr a t e，t h ef o r m i n gl o a d，e q u i v a l e n ts t r a i n,a n de q u i v a l e n ts t r e s s e t B a s e do nt h er e s u l to ft h eF E Ms i m u l a t i o n,t h eo p t i m i z a t i o nc r a f to ft h es e m i。a x l es h a f tp a r t sh a sb e e ns t i p u l a t e da n dt h es t m c

36、t u r eo fm o u l dh a Sb e e nd e s i g n e d M e a n w h i l e，t h ep a p e ra n a l y z e st h er e a s o no fu n e v e nt h i c k n e s si nt h eh o te x t r u s i o np r o c e s s T h en e wr o t a t i n gp l a t f o r mw i t ha d j u s t a b l es p e e da n dt h ec i r c u i tI I I山东大学硕十学仲论文c

37、o n t r o ls y s t e mw a sd e s i g n e dw h i c hd e c r e a s e sc o a x i a le r r o rb yt h ew a yo fc h a n g i n gt h em o t i o nc o u l ds t a t eo ft h em o u l d T h i sr e s e a r c he n r i c ht h ec o n t e n ta n dt h e o r yo fe x t r u s i o n，d e v e l o ph o te x t r u s i o np r

38、e c i s i o nt e c h n o l o g yo fa x l es h a f ts l e e v e，a n dd e s i g nt h en e wr o t a t i n gp l a t f o r m T h ep r o g e n yo ft h er e s e a r c hC a np r o v i d ea c c o r d a n c ef o re x t r u s i o nt h es i m i l a rp r o d u c t s K e yw o r d sA x l e-S h a f tS l e e v e；H o

39、 tE x t r u s i o n：N u m e r i c a lS i m u l a t i o n；E x t r u s i o nE q m p m e n tI V第1 章绪论1 1 引言第1 章绪论近年来工程机械制造业飞速发展，其各部分零件的生产工艺也成为重要的研究课题。半轴套管是工程机械驱动桥上重要的零件，作为驱动桥两端的轮边支承，工作时承受着由于环境变化产生的各种复杂交变应力。半轴套管锻造质量的好坏，对于工程机械驱动桥的安全运行与否有着重要的意义，是其能否正常工作的必要前提。半轴套管的加工一直是制造业的难题，由于其工作环境的特殊性，要求零件的内部组织致密、金属流线分布

40、合理【l】。传统的加工工艺在锻造出工件外形以后，内孔进行机2 j n-r，这会破坏零件锻造时形成的金属流线，进而严重影响零件的机械性能以及使用寿命，同时降低了材料的利用率。因此，以净成形和近净成形为目的的塑性加工技术成为重要的研究方向【2】。采用精密塑性加工工艺生产的零件表面仅有少量加工余量，使得材料的利用率得到很大提高。尤其采用以挤压为主的精密模锻工艺生产时，使材料的利用率提高到9 2，同时其金属纤维沿零件轮廓形状分布，连续致密，力学性能得到很大提耐3 1。随着有限元法与金属塑性成形理论的交叉融合以及计算机硬件及相关软件技术的进步，金属塑性有限元仿真模拟技术得到了快速发展。数值模拟技术的应用

41、使得复杂的金属塑性成形过程变得直观而具体，在实际工业生产中也得到广泛应用。采用有限元数值模拟方法，可实现对成形过程的实时跟踪描述，从而获得金属的流动规律、各种因素对成形行为的影响以及成形过程中模具的应力状态分布。目前体积成形过程的模拟分析已经成为拟制造技术的核心要素，可以用较小的代价，在较短的时间内开发出可行的或最优的工艺方案，以达到降低产品的开发成本，提升产品竞争力的目的 4 1。山东大学硕十学位论文皇曼皇曼曼曼量曼量曼曼曼曼量曼舅量舅皇量曼量詈曼曼曼曼曼曼曼I II：皇曼皇曼曼曼曼皇曼曼曼量曼曼量曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼量量量曼曼曼曼曼笪曼曼曼1 2 半轴套管生产工艺研究现状半轴套管生产

42、工艺已经成为国内外积极研究的课题之一。本课题研究的半轴套管的形状为变径变截面且带有较大法兰。这种半轴套管目前一般采用圆钢或者无缝钢管为材料，其主要的生产工艺有以下几种：l、自由锻锤胎膜锻成形一图1-1 胎膜锻半轴套管【5】产品如图1 1 所示。采用的工艺为：下料一加热一拔长杆部一镦头预成形一预冲盲孔一终锻成形。采用此种方法生产率较低，劳动强度大。2、模锻成形模锻锤模锻所采用的工艺为：下料一加热一拔长杆部一镦头一终锻【6】。3、正挤横轧复合成形工艺本工艺管体和法兰盘各自单独成形，管体由无缝钢管轧制，如图1 2 所示。轧辊形状可以保证管体正确成形。套管法兰盘部分由胎模锻造，最终经过机械加工后将两者

43、焊接成形。该成形工艺使得生产率以及材料利用率有显著提高，但是产品经焊接而成，机械强度下降。2第1 章绪论l23图1-2 特轧工艺成形【7】4、平锻机上成形坯料采用无缝钢管，在平锻机上锻造成形。缺点是成形过程中钢管表面易发生凹陷，废品率较高，使得校正工作量增大，同时设备投资较大【引。5、镦挤成形镦挤成形工艺工序为：一次加热一压型一冲孔一正挤一二次加热一镦挤成形。采用该工艺生产工步较多，且不能够成形通孔，需要二次加工。田田坯科压登正挤镦挤成形图1-3 镦挤成形工艺【9】通过以上的比较可以看出，目前半轴套管的成形工艺存在着材料利用率低、生产成本高、工步多、零件质量不可靠等缺点，因此开发新的加工工艺也

44、成为重要的研究方向。山东大学硕十学位论文1 3 金属塑性成形技术的研究现状1 3 1 金属塑性加工特点金属塑性成形技术已经成为目前制造业加工中金属加工的重要方法【1 0】。与以往的金属切削加工、焊接、铸造等方法相比，具有以下特点【1 1】：1、金属组织、性能得到提高。经过塑性加工后的金属其内部组织结构致密，偏析得到很大改善，流线分布合理，工件的性能得到很大提高。2、材料的利用率高。塑性成形加工基于体积不变原则，不产生切屑，加工余量小。因而可以减少材料的浪费，提高资源的利用率。3、尺寸精度高。塑性成形加工可以实现近净成形或净成形加工，零件表面光洁，尺寸公差范围小，表面质量好，加工精度较高。4、生

45、产率高，适用于成批生产。金属塑性成形加工多用数控技术和数控设备实现自动化生产，较适于产品大量生产。1 3 2 塑性成形技术研究现状金属塑性成形技术作为一种独立的加工技术是由法国工程师屈雷斯加(H T r e s c a)提出的最大切应力屈服准则发展起来的，随后塑性流动方程以及应力应变准则的提出使得塑性成形理论得到较大发展。1 9 1 3 年米塞斯W o n M i s e s)从纯数学的角度提出米塞斯屈服准则，使得塑性理论基础得以完善。此后有关塑性成形过程中的应力应变和变形力的求解方法逐渐增多，包括工程计算法、滑移线法、上限分析法、网格法以及密栅云纹法等。金属塑性成形过程是一个受多因素影响的高

46、度非线性的复杂过程，它的成形过程受到材料性能、模具性能以及众多工艺参数如挤压力、挤压温度、速度等的影响。传统的工艺和模具设计一般是根据经验图表或公式为依据的，这种基于经验的方法往往会造成实际生产中的废品产生 1 2-1 4】。随着计算机技术的发展，采用数值模拟的方式对成形过程金属的运动进行实时追踪，并且利用计算机反复演示其成形过程，以揭示金属流动的规律和研究各种设定因素对金属成形过程的作用及影响已经成为发展趋势。根据传统方法演化出来多种实用的数值分析方法，包括经由上限法发展出来的上限元法(U B E T)以4第1 章绪论及由滑移线法发展出来的矩阵算子法，同时出现了一些新的数值模拟方法，其中包括

47、有限差分法(F D M)，加权余数法(W R M)以及有限元法(F E A)等。目前应用较为广泛的是有限元法，它是一种基于离散单元数值求解的计算方法。这种方法能够直观的跟踪金属在加工过程中的流动状态，同时能够求解金属变形中的应力状态、温度传递状态以及分布状况等信息，从而为模具型腔的优化设计、产品工艺方案的制定及优化设计提供了科学依据1”1 1。1 3 3 金属塑性成形工艺研究趋势l、闭式冷精锻锻件无飞边金属损耗，尺寸和表面精度可达到精密加工水平，内在质量好，精锻生产率高，便于实现近净成形制造。适用于小型零件的无飞边精密模锻，是精密模锻的主要发展方向之一。：2、温锻锻件氧化和脱碳大为减少，变形抗

48、力较低，所需设备吨位减少，可实现连续自动化生产，尤其适宜高碳钢、高合金钢、高强度耐热合金钢等难变形材料的精锻与挤压精密成形。3、复杂零件的可分凹模模锻本加工工艺将普通模锻和挤压工艺综合运用，改善了普通模锻产生飞边的缺点，同时可模锻复杂的零件，使得锻件不仅仅局限于轴对称零件，并能获得较高质量的产品。4、粉末金属注射成形这种加工方法是一种高效的近终成型方法，融合了塑料成形与粉末冶金工艺的优点。金属注射成形是生产小型复杂形状精密金属零件的有效方法。可以用普通塑料注射机高效成形出像塑料制品一样复杂形状的精密金属以及陶瓷制品等 2 2-2 3)。5山东大学硕十学位论文1 4 金属塑性成形的有限元数值模拟

49、1 4 1 有限元法简介金属塑性成形过程是一个十分复杂的变形过程，变形过程中既存在着几何非线性现象，又存在着物理非线性和初值条件的非线性。所以长期以来对金属塑性成形过程求其精确解非常困难。过去应用更多的是简化、假设以及经验数值分析方法。但是这种近似方法难以适应实际工业生产的需要。随着计算机硬件的发展，有限元数值模拟方法在金属塑性成形过程的数值模拟中得到普遍应用。有限元法是将求解域离散为一组有限个形状简单、且仅在节点处相互连接的集合体，用一组插值函数描述基本未知量在其中的分布，通过单元尺寸的缩小，使得数值解将越来越逼近精确解【2 睨5】。有限元法与其余数值模拟方法相比较而言，功能较强，精度较高，

50、解决问题的范围较广。采用有限元分析方法可以方便的分析温度传递状态、工件和模具之间的摩擦影响以及速度敏感性等多种问题，并能够有效地预测加工过程中缺陷的产生。1 4 2 金属塑性成形的有限元技术发展针对金属塑性成形而言，有限元技术经过多年的发展，形成了弹塑性有限元法和刚塑性有限元法两种典型的分析方法。l、弹塑性有限元法1 9 6 5 年M a r c a l 首先提出弹塑性有限元法并成功将它应用于结构受力分析。1 9 6 7 年M a r c a l 和K i n g 以及1 9 6 8 年Y a m a d a 基于M i s e s 屈服准则和P r a n d t l R e u s s应力