基于曲率描述的异形截面工件校直理论与实验研究

发布时间：2020-10-21 03:03

　　 轴类零件的直线度是保证其加工、装配及使用性能的重要参数,然而这类零件常常会因为外力、内力和温度等作用产生弯曲变形,校直是一道不可避免的工序。国内现有的校直工艺在校直效率、校直精度等方面与发达国家还有很大的差距。为了提升目前国内校直设备的先进性,本文基于曲率描述建立了多种异型截面工件的校直模型,并展开实验研究验证了本文提出的模型,为实现智能精密校直提供了理论基础。同时,曲率描述模型为其他异形截面精密校直提供了一种新的研究思路,相关研究可在此基础上进一步丰富和扩展。本文的研究内容如下:1.基于弹塑性理论,分析了压力校直过程中的规律,从内部应力和外部变形两种角度分别建立了弯矩表达式并从理论上论证了曲率校直模型的可行性。然后基于材料的弹塑性双直线应力应变模型,经无量纲化处理后,分别建立了圆形截面、管状截面、侧切D型截面和平切D型截面的轴类零件曲率校直模型,并重点讨论了管状截面工件扁化率与残余曲率之间的关系。曲率校直模型突破了传统压力校直精度和效率低下的局限性,揭示了三点弯校直过程中的本质规律。2.针对校直过程中力学参数的计算问题,建立了挠曲曲率与变形量、弯矩之间的解析关系并对不同压点位置进行了数值计算。同时建立了无量纲曲率与无量纲压力之间的解析关系,并对不同压点位置、压力和截面形状的工件进行了数值计算,总结了三点弯校直过程中力学参数的一般规律。在校直过程中可以对相关力学参数进行计算和预测,减少校直过程中的过压裂纹和断裂的情况,降低废品率。3.依据实验的功能要求,设计并搭建了实验测试系统,分别进行了结构设计、硬件选型、测控程序开发、电磁屏蔽等工作。同时,从三点圆、三点抛物线和拟合抛物线三种角度研究了曲率换算的方法并进行了评价分析。为曲率校直模型的实验验证奠定了硬件基础和方法基础。4.分别设计单向反复弯曲和反弯校直两种实验方案,分别对不同材料及截面类型的工件展开实验,并进行数据标定、去噪和回归分析,验证了本文提出的曲率校直模型。最后基于MATLAB软件开发了校直工艺参数计算和校直力学参数计算两个实用的GUI界面。校直模型可在现有设备上直接推广,可提高校直效率和精度,并不增加成本。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH161
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 精密测量系统及算法研究
        1.3.2 校直行程计算方法研究
        1.3.3 校直机软硬件系统研究
    1.4 目前研究存在的不足
    1.5 本文研究内容
第2章 异形截面工件曲率校直模型研究
    2.1 曲率校直模型可行性论证
        2.1.1 压力校直过程概述
        2.1.2 材料应力应变模型
        2.1.3 曲率校直通用模型建立
        2.1.4 弯曲曲率无量纲处理
    2.2 异形截面工件曲率校直模型
        2.2.1 圆形截面
        2.2.2 管状截面
        2.2.3 侧切D型截面
        2.2.4 平切D型截面
    2.3 本章小结
第3章 校直过程弹塑性力学参数研究
    3.1 校直过程弯曲曲率与挠度
        3.1.1 理论计算模型建立
        3.1.2 数值计算实例
    3.2 校直过程整体应力和变形
        3.2.1 等截面理论计算模型建立
        3.2.2 变截面模型演化
        3.2.3 数值计算实例
    3.3 本章小结
第4章 实验测试系统开发及曲率换算研究
    4.1 实验测试系统开发
        4.1.1 总体功能要求
        4.1.2 结构设计
        4.1.3 硬件设计
        4.1.4 测控程序开发
        4.1.5 整机调试及电磁屏蔽
    4.2 曲率换算方法研究
        4.2.1 三点圆法
        4.2.2 三点抛物线法
        4.2.3 拟合抛物线法
        4.2.4 曲率换算方法比较
    4.3 本章小结
第5章 理论模型实验验证及GUI界面开发
    5.1 实验思路概述
    5.2 单向反复弯曲实验
        5.2.1 实验方案设计
        5.2.2 实验试样轴尺寸确定
        5.2.3 圆形截面工件实验
        5.2.4 管状截面工件实验
    5.3 反弯校直实验
        5.3.1 实验方案设计
        5.3.2 圆形截面工件反弯校直实验
        5.3.3 管状截面工件反弯校直实验
    5.4 实验误差分析
    5.5 实用GUI界面开发
        5.5.1 校直工艺参数计算GUI开发
        5.5.2 校直力学参数计算GUI开发
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 不足与展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢

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本文编号：2849546