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材料导报  2020, Vol. 34 Issue (Z2): 399-406    
  金属与金属基复合材料 |
冷镦钢M6平头螺丝成型过程热-力耦合数值模拟研究
樊卓志1, 张书彦1, 温树文1, 向明1, 林晏民2, 张志明2, 钟寿军2, 王青松3
1 东莞材料基因高等理工研究院,东莞 523808
2 宝武集团广东韶关钢铁有限公司,韶关 512123
3 春雨(东莞)五金制品有限公司,东莞 523795
Coupled Thermo-mechanical Modelling Analysis of the Cold Drawing and Heading Processes of an M6 Flat Head Steel Screw
FAN Zhuozhi1, ZHANG Shuyan1, WEN Shuwen1, XIANG Ming1, LIN Yanmin2, ZHANG Zhiming2, ZHONG Shoujun2, WANG Qingsong3
1 Centre of Excellence for Advanced Materials,Dongguan 523808,China
2 Baowu Group Guangdong Shaoguan Iron and Steel Co., Ltd, Shaoguan 512123, China
3 Chunyu (Dongguan) Metal Products Co., Ltd, Dongguan 523795, China
下载:  全 文 ( PDF ) ( 9201KB ) 
输出:  BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 采用有限元方法建立SWRCH15A冷镦钢M6平头螺丝成型过程的热力耦合数值计算模型,并对SWRCH15A冷镦钢从拔制(第三道冷拔)到最终冷镦(三模三冲)成型过程中的应力、等效塑性应变、温度及工件形貌和尺寸进行了分析。结果表明:线材在拔制完成后芯部等效应力最大,而最大等效塑性应变位于距表面0.5 mm处;在二冲和三冲成型过程中,螺丝头部侧边表层承受较大的环向拉应力,这是导致头部易产生轴向开裂的主要外因;从拔制到三模三冲,坯料中的最大等效塑性应变呈线性增加,在三冲过程中,材料内部最高温度可达269.4 ℃;三模三冲样件形貌及尺寸的模拟结果与实际形貌及尺寸十分接近,说明建立的M6平头螺丝成型热力耦合模型是准确可靠的。
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樊卓志
张书彦
温树文
向明
林晏民
张志明
钟寿军
王青松
关键词:  冷镦钢  螺丝成型  有限元  热力耦合  冷镦开裂    
Abstract: In this paper, the coupled thermal-mechanical finite element (FE) models have been built for the analysis of the cold drawing and heading processes of an M6 flat head steel screw (grade SWRCH15A). Detailed analysis of the stress, equivalent plastic strain, temperature, shape and size of the workpiece processed from the third pass of cold drawing through to the following 3-stage cold heading processes has been carried out. It is shown that the maximum equivalent stress is found in the center of the cold drawn wire, whereas the maximum equivalent plastic strain is about 0.5mm below the surface. In the second and third cold heading process, the surface layer on the edge of the screw head endures large hoop tensile stress, which is believed to be the main cause for the likelihood of axial cracking in that region. From the cold drawing to the cold heading process, the maximum equivalent plastic strain of the workpiece increases linearly and the maximum internal temperature of the workpiece can reach 269.4 ℃. The simulation results of the shape and size of the workpiece from the cold heading processes are very close to reality, which demonstrates that the coupled thermo-mechanical FE models constructed for the cold drawing and screw forming analysis are accurate and reliable.
Key words:  cold heading steel    screw forming    finite element    thermo-mechanical coupling    cold heading cracking
               出版日期:  2020-11-25      发布日期:  2021-01-08
ZTFLH:  TB31  
  TH16  
基金资助: 广东省引进创新创业团队项目(2016ZT06G025);广东省自然科学基金(2017B030306014)
通讯作者:  shuyan.zhang@ceamat.com   
作者简介:  樊卓志,东莞材料基因高等理工研究院助理研究员,2013年毕业于昆明理工大学材料学院。从毕业至今,一直从事材料相关的数值模拟工作,已发表学术论文10余篇,2019年入选“东莞松山湖第一批青年科技创新人才培养项目”。张书彦,教授,博士研究生导师,牛津大学工程学博士,东莞材料基因高等理工研究院院长。入选广东省珠江人才计划引进创新创业团队、广东省杰出青年,曾任英国散裂中子源工程实验室首席科学家,英国散裂中子源、欧洲散裂中子源科学技术顾问委员会委员, 现兼任英国科学技术设备理事会客座资深科学家、英国公开大学客座教授、英国创新金属处理博士站技术委员会委员、日本散裂中子源项目评审专家、MECA SENS国际科技顾问委员会、The European Physical Journal Plus编辑等。长期从事中子和X射线衍射法残余应力分析、工程材料微观力学性能、工程材料与部件结构完整性、材料与大型构件三维应力分析等研究工作,主持承担过中国国家自然科学基金、英国工程与物理科学基金、英国科学技术与设备理事会基金、劳斯莱斯、塔塔钢铁、阿海珐等国际知名企业的科学研究与工程应用研究项目,共发表学术论文100余篇,参与编著了Materials today: Proceedings,参与了ISO国际标准《非破坏性测量——采用中子衍射法确定残余应力的标准测试方法》、欧盟标准《中子技术在结构完整性应用中的标准化》等标准的制定。
引用本文:    
樊卓志, 张书彦, 温树文, 向明, 林晏民, 张志明, 钟寿军, 王青松. 冷镦钢M6平头螺丝成型过程热-力耦合数值模拟研究[J]. 材料导报, 2020, 34(Z2): 399-406.
FAN Zhuozhi, ZHANG Shuyan, WEN Shuwen, XIANG Ming, LIN Yanmin, ZHANG Zhiming, ZHONG Shoujun, WANG Qingsong. Coupled Thermo-mechanical Modelling Analysis of the Cold Drawing and Heading Processes of an M6 Flat Head Steel Screw. Materials Reports, 2020, 34(Z2): 399-406.
链接本文:  
http://www.mater-rep.com/CN/  或          http://www.mater-rep.com/CN/Y2020/V34/IZ2/399
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