论文总字数：15979字

摘 要

由于具有质量轻、结构紧凑、节约材料等特点，高强铝合金、钛合金、高温合金等比强度高的难变形材料的薄壁筒状零件已经广泛应用于工程机械行业中。但是大型薄壁件在加工过程中存在诸多极易引起薄壁结构的变形、失稳以及振动的因素，使得其制造难度较大。近年来随着诸多新型技术的发展和进步，越来越多的加工薄壁筒状零件的方法被提出。本文采用了一种新的筒状零件的剪切锻造成形方法，并通过Deform软件对这种新方法的成形过程进行了模拟实验，依据实验结果证明了这种新方法的可行性。

论文针对筒状零件的剪切锻造成形方案和模具进行设计，主要的研究内容如下：

1）设计筒状零件剪切锻造成形的工艺方案，并根据方案设计坯料形状尺寸和相关模具结构；

2）利用Deform-3D软件对筒状零件的剪切锻造成形过程进行有限元模拟，分析剪切时的应力应变状况。

3）通过对比分析模拟结果，得出部分工艺参数对剪切锻造制件的成形质量与性能的影响，为实际生产提供一定参考。

关键词：筒状零件；剪切锻造；有限元模拟；Deform

Abstract

Because of the characteristics of light weight, compact structure and saving materials, thin-walled cylindrical parts with high specific strength such as high strength aluminum alloy, titanium alloy and superalloy have been widely used in construction machinery industry.However, there are many factors which can easily cause Deformation, instability and vibration of thin-walled structures in the process of machining, which makes it difficult to manufacture.In recent years, with the development and progress of many new technologies, more and more methods to process thin-walled cylindrical parts have been put forward. A new shear forging forming method for cylindrical parts is presented in this paper, and the forming process of this new method is simulated by Deform software.

The main research contents of this paper are as follows:

1) design the process plan of shearing forging forming of cylindrical parts, and design the blank shape size and related die structure according to the plan;

2) use Deform-3D software to simulate the shear forging process of cylindrical parts and analyze the stress and strain condition during shear.

3) Through the comparative analysis of simulation results, the influence of some process parameters on the forming quality and performance of shear forging parts is obtained, which provides some reference for the actual production.

Keywords: cylindrical parts; shear forging; finite element simulation; Deform

目录

第一章 绪论 7

1.1课题的研究背景 7

1.2国内外筒状零件成形概况和发展趋势 7

1.2.1铝合金材料的筒状零件的锻造成形 7

1.2.2筒状零件成形工艺的探索 8

1.3本课题的研究目的，意义和内容 9

1.3.1研究的目的和意义 9

1.3.2研究的内容 10

1.4小结 10

第二章 剪切锻造成形的有限元模拟基本理论 11

2.1 有限元模拟基本理论 11

2.1.1有限元法 11

2.2.2刚塑性有限元法理论 11

2.2国内外有限元分析软件发展历程及现状分析 11

2.3 Deform软件相关介绍 12

2.3.1 Deform软件的结构 12

2.3.2 有限元分析软件的未来趋势 13

2.4小结 14

第三章 剪切锻造成形实验设计 14

3.1剪切锻造成形实验流程 15

3.2模具及坯料的设计 16

3.3有限元仿真模型的建立 16

3.4剪切锻造成形参数设计 17

3.5小结 18

第四章 模拟数据分析 19

4.1成形过程模拟 19

4.2模拟结果和分析 19

4.2.1.应力应变分析 19

4.2.2损伤度分析 20

4.3参数分析 20

4.3.1摩擦因子对成形结果的影响 20

4.3.2不同温度下的载荷曲线分析 21

4.3.3不同下模速度对成形结果的影响 22

4.4小结 22

第五章 结论与展望 24

5.1全文总结 24

5.2研究展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1课题的研究背景

随着全球化进程不断推进，在现代工业技术已经获得飞跃式发展的现在，各种新型零件取代了传统零件，以其组织好，强度高等优点广泛应用于工业等领域中。其中以筒状零件为例，随着航空、航天和军事等高新技术产业的迅速发展，对筒状零件的强度、硬度、耐温性等品质的要求也越来越严格。航空航天领域要求零件的结构更加轻量化，这样可以降低飞行器的重量，提高飞行器在空中的续航能力。同时还可以降低负载，提高运输能力，在飞行时更加机动灵活，减低飞行时的损耗，扩大飞行航程。以比强度高的难变形材料高强铝合金为代表，由于具有质量轻、结构紧凑等特点，这类材料制成的薄壁筒形件已经广泛应用于工程机械行业中。

然而在需求不断提高的如今，这类薄壁筒形件的生产合格率仍然有较大的提升空间。在航天飞行器中，船体承力结构件都是一类筒形壳体件，虽然这些结构件的结构尺寸不同，但都有着结构相似、尺寸大、壁薄的特点。这些大型薄壁件在加工过程中存在诸多极易引起薄壁结构的变形、失稳以及振动的因素，使得其制造难度较大。然而这些大型薄壁筒状零件往往都是产品中的核心零部件，由于它结构较为复杂，所以其加工精度要求通常会更高一些。如果薄壁零件的加工精度和工件的质量无法符合要求，航空航天等许多的领域发展将会被这种情况阻碍。因此为了确保它的尺寸精度符合要求，采用有效的方法成形筒状零件变得尤为必要。

在航空航天、军工等高新技术领域的快速发展下，传统的制造加工方式已经跟不上时代的节奏。先进的制造技术随着日益提高的市场需求而不断发展。新时代出现的各种新的学科在不断融入加工制造领域，电子材料等领域出现的新发现为先进制造技术提供了丰富的理论支撑和事实依据。

由上述情况可以知道，随着航空航天领域，国防军工领域，电子通信和汽车工业等领域的飞速发展，筒状零件的市场需求在不断扩大。因此在目前这种情况下，研究大型难变形合金筒状零件的加工工艺，探索稳定高效的加工方法已经刻不容缓。它对于科学的发展具有重要的意义，同时也具有广阔的应用前景。

1.2国内外筒状零件成形概况和发展趋势

长期以来，世界各国的科技人员在筒状零件的成形方面做了大量的钻研，同时也取得了很多成就。筒状零件的成形方式也在随着时间不断的改善和进步。

1.2.1铝合金材料的筒状零件的锻造成形

早期的锻造铝合金筒状零件因其组织好、强度高被航天工业和军工业广泛采用。近年来，锻造成形技术取得了突破性的进展。研究人员也对这种筒状零件的锻造成形方法不断探索和创新。

锻造铝合金的筒状零件包括直筒体零件和锥筒体零件两种类型。中小型直筒体零件的成形方式以开式模锻成形为主。这种模锻方式因有飞边可调节金属坯料体积又叫有飞边模锻。闭式模锻成形方法也适用于中小型的直筒体零件，这种模锻不设置飞边槽。直筒体还可以通过自由锻成形，它包括芯轴拔长和扩孔两种基本方法。由于自由锻成形的方法具有其局限性，并不适用于工业产品的大批量生产。反挤压模锻成形方式适用于生产大规模直筒体零件，这种方法获得的锻件加工余量小，尺寸精度高，备受高新技术产业的青睐。这是一种理想的比较成功的成形方式。锥筒体零件的锻造成形方法则同样的包括开式模锻成形，闭式模锻成形，除此之外还有一模反挤成形和两模反挤成形等方法。

1.2.2筒状零件成形工艺的探索

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