基于De的外螺纹挤压过程数值模拟.pdf

d 基于 De f o r m 的外螺纹挤压过程数值模 拟 唐玲 ， 管琪明， 石洋 ( 贵州大学 机械工程学院， 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 3 ) 摘要： 搓牙是螺栓、 螺钉类外螺纹紧固件产品生产过程中非常基本而且重要的一种获得外螺纹的方法。本文将以D e f o r m金属塑 性成形有限元模拟软件为基础， 详细介绍如何利用有限元计算机辅助模拟分析软件， 对螺纹搓 牙这一生产过程进行数值模拟分 析， 并详细剖析实现这一过程的有限元模拟方法及其理论基础。 关键词： 外螺纹搓 牙数值模拟有限元 中图分类号： 3 3 - 1 1 6 4 文献标识码： A 文章编号： t 0 0 2- 6 8 8 6 2 0 1 0 ) 0 3一 O 0 0 4 0 2 Ro l l in g T h r e a d S imu l a t io n Ba s e o n t h e De f o r m - 3 D T A NG L i n g ， GU A N Qi I I l i n g ， S H I Ya n g Abs t r a ct ：Th r e a d r o l l in g is a l l imp o r t a nt a n d a b a s ic me t h o d t ha t ca n o bt a in t h e e x t e r n a l t hr e a d in t h e f a s t e n e r p r o du ct io n s u ch a s t h e b o l t ，s cr e w a n d S O o n Th is p a p e r wil l in t r o du ce a wa y t h a t is us e d in s imul a t ing t he t h r e a d r o l l in g p r o ce d u r e b ase o n t h e de f o r m wh ich is a p o p u l a r s o f t wa r e ca n s imu l a t e t h e me t a l pl a s t ic f o r min g Ke y wo r d s： e x t e r n al t hr e a d；t hr e a d r o l l in g；F E s imu l a t io n；f in it e e l e me nt O 引言 用挤压的方法产生外螺纹是紧固件生产过程中常用的 一 种工艺， 其中搓丝和滚丝是这种工艺的主要形式。如何更 好地利用好这一工艺方法 ， 高效地生产外螺纹产品， 提高外螺 纹产品的质量， 合理地选择工艺参数 ， 在生产过程中进一步提 高挤压模具的寿命等， 都要求对这种工艺方法进行更深入的 研究 。 用有限元的方法模拟金属塑性成形过程是当前 比较快 捷且有效的途径。但与普通金属镦锻挤压成形方法的有限 元数值模拟不同， 外螺纹类产品的有限元模拟涉及到工件的 旋转， 考虑到工件的旋转， 实现并处理好旋转问题是解决此类 产品变形过程数值模拟的关键所在。本文以外螺纹搓丝过 程模拟为主， 介绍了一种基于 D e f o r m实现工件旋转的外螺纹 类产品的有限元模拟方法。 1 建模存在的问题 如果直接将实际生产过程简化建立成有限元模拟的模 型 ， 存在两个问题。 搓丝的基本过程 ， 是由两个带有螺纹牙线的丝板平行移 动来带动一个圆柱运动。在运动过程中， 把牙线挤压在圆柱 体的外表面上， 如图 1 所示。在工件旋转过程中， 圆柱形工件 上的每个截面就离散成一个多边形。工件旋转时， 每个节点 都会有一个对应的沿着圆周切向的速度。模拟时， 经过一个 时间步增量之后， 工件半径会随之增加。所以这样简单地依 据速度增量来更新节点位置的结果就是工件体积的增加。 如图2所示， 每个节点以一定速度按切向运动后的位置到工 件圆心的距离比原来变大了。这个 问题是由有限元模拟节 点位置更新的性质造成 的。 图1 搓丝成形示意图 图2 离散的瞬时线速度示意图 另一个问题是， 在模拟过程中工件的旋转是靠与丝板的 摩擦来带动的， 由于牙线的存在 ， 使得它们接触的只是一条线 上的几个点， 尤其是在网格划分较大和几何模型定义粗糙的 情况下 ， 工件 的滑动趋势 比转动趋势要大 。 2 问题的解决 目前解决工件旋转导致体积增加的问题主要有以下两 种思路： 一种是让工件不旋转模具转动 ， 模具定义为刚性体， 作者简介： 唐玲( 1 9 8 5一 ) ， 女 ， 汉族 ， 贵州 I 毕节人， 贵州大学机械工程学院学生， 研究方