DEFORM的带肩螺母成形模具设计开题报告(2)
图3.1 塑件UG建模图形
3.2 塑件材料特性
A 286是Fe-25Ni-15Cr基高温合金，加入钼（Mo）、钛(Ti)、铝(Al)、钒(V)及微量硼(B)综合强化。在650℃以下具有高的屈服强度和持久、蠕变强度，并且具有较好的加工塑性和满意的焊接性能。适合制造在650℃以下长期工作的航空发动机高温承力部件，如涡轮盘、压力机盘、转子叶片和紧固件等。该合金可以生产各种形状的变形产品，如盘件、锻件、板、棒、丝和环形件等。
优质A 286合金，是在A-286合金基础上发展而来，只要是提高合金纯洁度，限制气体含量，控制低熔点元素含量，并调整热处理制度，从而使合金的热强性和长期使用性能提高，比较适合冷镦加工。[10]
3.3 塑件成形特性分析
这种异形螺母比较适合冷挤压成形加工，由于冷挤压采用金属材料冷变形的冷作强化特性，即挤压过程中金属毛坯处于三向压应力状态，变形后材料组织致密、且具有连续的纤文流向，因而制件的强度有较大提高。这样就可用低强度材料代替高强度材料。例如过去采用20Cr钢经切削加工制造解放牌活塞销，现改用20号钢经冷挤压制造活塞销，经性能测定各项指标，冷挤压法高于切削加工法制造活塞销。
而且冷挤压加工精度较高，目前我国研制的冷挤压件一般尺寸精度可达8～9级，若采用理想的润滑可达(指纯铝和紫铜零件)，仅次于精抛光表面。因此用冷挤压方法制造的零件，一般不需要再加工，少量的只需精加工(磨削)。
用冷挤压方法生产机械零件的效率比起机加工是非常高的，特别是生产批量大的零件，用冷挤压方法生产可比切削加工提高几倍、几十倍、甚至几百倍。例如，汽车活塞销用冷挤压方法比用切削加工制造提高3.2倍，当前又用冷挤压活塞销自动机，使生产率进一步提高。一台冷挤压自动机的生产率相当于100台普通车床或10台四轴自动车床的生产率。[11][12]
3.4 设计方案拟定
方案一：切削加工
传统的吹冰角螺母多是采用切削加工生产的，而对于这个形状比较复杂的异形螺母，又有很多直角棱，所以必须采用铣床进行加工，又要分为多个工序，多次定位，定位基准又不能统一，所以，制造精度低，材料利用率又不高，生产效率又非常低，不适合批量生产，生产成本很高，经过讨论，放弃了这种加工方案。
方案二：分三步挤压成形
采用冷挤压成形加工，如图五的（Ⅱ）（Ⅳ）（Ⅵ），上下两端依次成形，这种加工方案，思路简单，对每道工序的加工难易程度考虑不够详细，使得每道工序加工对设备要求不均，没有合理运用设备，降低设备寿命，而且这样的方案对模具的要求很高利用有限元分析，而且在DEFORM数值模拟软件中进行模拟，对其成形性能分析，发现这种成形工艺性不是很好。
方案三：分吹冰步挤压成形
如图3.1的（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅲ）（Ⅳ）（Ⅴ）（Ⅵ），先利用有限元分析，在DEFORM数值模拟软件中进行模拟，对其成形性能分析，发现这种成形工艺性很好，而且多工序生产，不仅可以使模具简单，而且对设备要求降低，有利于设备的保养，经过与老师和同学的充分讨论，我们决定以方案三为最终方案。
A286高温合金自锁螺母是主要用于航空发动机上的紧固件，其具有自锁能力强、使用寿命长、耐热温度高、轴向载荷大等优点。本文研究了固溶态A286高温合金自锁螺母的冷挤压成形工艺，并进行了有限元数值模拟分析。首先对固溶态A286高温合金在室温下利用Gleeble-1500D热模拟试验机进行压缩试验，应变速率分别为0.1、1、10s-1。建立了该材料的流动应力模型[12]并将得到的数据导入到DEFORM数值模拟软件中，丰富材料数据库。然后根据零件的工艺分析结果利用UG三文软件对螺母模具结构和坯料进行建模，借助DEFORM数值模拟软件对冷挤压成形进行三文刚塑性有限元模拟，分析了空心件正挤压和实心件正挤压成形过程中最大主应力分布，速度场分布和行程-载荷等参数。根据分析结果选择空心件正挤压进行工艺实验。将实验得到的半成品经过后续加工进行硬度检测、金相分析、扫描电镜分析和轴向载荷检测。根据性能检测结果，设计了复合挤压的成形方式，利用UG三文软件对螺母模具结构和坯料进行建模，利用DEFORM数值模拟软件模拟复合挤压成形，通过分析应力分布，应变分布、最大主应力分布，速度场分布和行程-载荷等参数，改进了模具结构，改善了金属流动，并根据模拟结果设计模具装配图。 本文采用根据知识和经验进行工艺和模具设计，然后利用数值分析和再设计的方法，缩短了工艺和模具设计周期，降低了费用。最终确定采用复合挤压的方式成形螺母，获得了较大的变形量，材料利用率高，获得的挤压件性能良好。[13]