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基于DEFORM-3D弹簧圆锥破碎机锥形衬套温挤压数值模拟研究
摘要
本文针对弹簧圆锥破碎机锥形衬套进行数值模拟研究，基于DEFORM-3D软件，采用温挤压工艺模拟其加工过程，分析了温度变化、变形、残余应力等参数对零件质量的影响，为优化加工工艺提供了理论依据。研究结果表明，在温挤压过程中，应根据材料热学性质和几何形状进行合理的参数选择，避免温度过高导致零件变形、裂纹等质量问题。同时，通过分析温度、应力分布情况，可以明确零件加工过程中的压力变化规律，从而有针对性地优化加工工艺。
关键词：弹簧圆锥破碎机；锥形衬套；温挤压；数值模拟
Abstract
Thispaperfocusesonthenumericalsimulationresearchofthecone-shapedlinerofthespringconecrusher,basedontheDEFORM-3Dsoftwareandusingthehotextrusionprocesstosimulateitsprocessingprocess.Theinfluenceoftemperaturechanges,deformation,residualstress,andotherparametersonthepartqualityisanalyzed,providingatheoreticalbasisforoptimizingtheprocessingtechnology.Theresearchresultsshowthatinthehotextrusionprocess,reasonableparameterselectionshouldbemadebasedonthematerialthermalpropertiesandgeometricshapes,toavoidqualityproblemssuchaspartdeformationandcrackscausedbyhightemperatures.Atthesametime,byanalyzingthetemperatureandstressdistribution,thepressurechangelawofthepartintheprocessingprocesscanbeclarified,andtheprocessingtechnologycanbeoptimizedaccordingly.
Keywords:Springconecrusher;cone-shapedliner;hotextrusion;numericalsimulation
1.研究背景
弹簧圆锥破碎机是一种常见的研磨设备，其主要由动锥体、固定锥体、调节套、主轴、球头等零件组成。其中，锥形衬套作为动锥体的内衬零件，对破碎机的稳定性和工作效率至关重要。由于弹簧圆锥破碎机工作环境中的高温和高压，传统的生产方法难以满足其加工需求，需要采用新的温挤压工艺进行加工。
DEFORM-3D是一款流行的材料加工分析软件，可以对复杂的材料加工过程进行数值模拟，快速预测并优化零件质量，已经被广泛应用于航空航天、汽车、机械等领域。本研究将DEFORM-3D应用于弹簧圆锥破碎机锥形衬套的温挤压加工过程中，通过数值模拟的方法研究热影响因素对零件质量的影响规律。
2.数值模拟方法
2.1有限元模型建立
弹簧圆锥破碎机锥形衬套的有限元模型如下图所示，其中考虑了加工过程中的材料流动、温度变化和残余应力等因素。模型由四个部分组成，分别为预制钢坯、挤压模具、已加工区域和防护罩。
（插入一张模型图）
2.2材料力学性能参数
数值模拟过程中，弹簧圆锥破碎机锥形衬套的材料力学性能参数是可以影响加工效果的重要因素。本文模拟使用的锥形衬套材料是ZG45Mn，在模拟过程中使用了如下的材料力学性能参数：
（表格）
2.3工艺参数
温挤压工艺参数是影响零件质量的关键因素之一。本研究采用有限元方法模拟温挤压工艺，加工参数如下表所示：
（表格）
3.数值模拟结果分析
3.1温度变化
温度是影响弹簧圆锥破碎机锥形衬套质量的重要因素之一。图1为加工过程中锥形衬套的温度变化曲线，在挤压加工初期温度随着加工时间的增加快速上升，到达稳定状态后呈现周期性波动。
（插入图1）
3.2变形
变形是材料加工过程中难以避免的问题，对零件的精度和质量有着重要的影响。图2为弹簧圆锥破碎机锥形衬套在挤压加工后的变形情况。可以看出，由于挤压加工时材料流动的影响，锥形衬套的端部出现轻微变形，但整体形状保持了较高的精度。
（插入图2）
3.3残余应力
在加工过程中，残余应力的存在也会对零件质量产生重要的影响。图3为挤压加工后弹簧圆锥破碎机锥形衬套的残余应力分布情况，可以看出其沿着轴向分布规律，顶部和底部残留应力较小，中间