冷挤压凹模结构设计和优化方法的研究

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传统的冷挤压凹模设计将材料限制在弹性变形范围内,没有充分发掘材料的潜力,模具的结构尺寸偏大。自增强处理使凹模发生部分塑性变形,能显著提高其承载能力,是获取预应力的较便捷的方式之一。自增强技术和套缩技术相结合能进一步改善凹模的性能。本文主要研究自增强技术在冷挤压凹模应用时的相关问题。  本文采用基于弹塑性力学的理论和数值模拟分析对单层自增强凹模、双层套缩一自增强组合凹模、双层自增强一套缩组合凹模三种结构的凹模进行研究。  建立了基于双线性强化材料模型的单层凹模的自增强理论,确定了自增强压力的范围,可为数值模拟计算提供依据。数值模拟结果表明,自增强处理改善了单层凹模的应力分布情况,且使其弹性承载能力明显提高。基于塑性失效断裂准则,分析得到了保证单层凹模不发生反向屈服的最佳自增强压力的求解方法。  将自增强技术和套缩技术相结合得到的两种结构的凹模和单层自增强凹模、双层套缩组合凹模进行对比分析,发现二者相结合使凹模的弹性承载能力和尺寸精度都进一步提高,且整个凹模的应力更加均匀,降低了模具破坏的趋势。  多层组合结构凹模的各层尺寸及自增强处理和套缩处理的先后顺序将最终其性能的优劣。本文从承载能力、尺寸精度、操作方便性等方面对比分析了双层套缩一自增强组合凹模和双层自增强-套缩组合凹模的性能。分析表明,后者在保证凹模尺寸精度的情况下,采用较小自增强压力和过盈量就能获的较高的承载压力,且操作更方便。  基于凹模承载能力最大和结构尺寸最小两种优化思想对双层自增强-套缩组合凹模进行优化分析,分别得到了最大承载压力和最小模具结构尺寸对应的自增强压力、过盈量、凹模尺寸等参数。  自增强技术尚未应用于冷挤压凹模的实际生产,本文进行了初步的探索性研究,研究的思路及结论对后续的相关工作具有一定的参考价值。
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