复杂钩舌锻件近净成形工艺预成形设计及优化
发布时间：2023-08-26 00:48
钩舌作为铁路货车的重要牵引部件,其性能对货车的运载能力及安全性影响显著。近年来,随着铁路运输资源的日趋紧张,其发展重心逐渐转向高速重载,对钩舌零件生产技术及成形质量的要求也随之提高。传统的铸造以及开式模锻工艺已无法适应这一发展需要,因此,探索复杂钩舌零件成形的新方法具有重要意义。基于闭式模锻的近净成形工艺可以有效克服钩舌传统制造工艺中的诸多缺陷,能够实现复杂零件的精密成形。但其工艺难度较高,亟需开展系统的研究。本文以复杂钩舌锻件为研究重点,制定了基于闭式模锻的近净锻造方案,完成了预锻件的初步设计,并引入响应面法对预锻件形状进行了多重多目标优化设计,解决了预成形设计这一关键技术问题,实现了复杂锻件的近净成形。具体研究内容及结论如下:1.通过分析钩舌零件结构及其近净成形的可行性,设计了终锻件及其模具,制定了基于闭式模锻的近净锻造工艺流程。对钩舌预成形初步设计进行系统的研究,给出了预锻件设计基准的确定方法及其形状尺寸的设计方法。在此基础上,提出了基于终锻件结构特征与终锻金属流动特点的初步预成形设计方法。2.给出25MnCrNiMoA的材料模型,基于初步预锻件建立近净锻造成形钩舌锻件的有限元模...
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景
1.2 铁路钩舌研究现状及近净锻造成形
1.2.1 钩舌的用途
1.2.2 钩舌的传统成形方式
1.2.3 近净锻造成形的特点
1.3 锻造预成形的研究现状
1.3.1 锻造预成形设计方法
1.3.2 锻造预成形优化设计方法及存在的问题
1.4 有限元模拟技术在锻造领域的应用
1.4.1 体积成形有限元技术
1.4.2 有限元模拟技术在锻造成形中的应用
1.5 选题目的及主要研究内容
第2章 复杂钩舌锻件近净成形工艺及其初步设计
2.1 钩舌零件近净锻造成形可行性分析
2.2 近净成形工艺
2.2.1 钩舌锻件的近净成形工艺方案
2.2.2 钩舌锻件的终锻模具
2.3 预锻件的设计基准与形状设计
2.3.1 预锻件设计基准的确定
2.3.2 预锻件形状设计
2.4 预锻件尺寸的初步设计
2.5 本章小结
第3章 终锻过程数值模拟分析及近净成形工艺参数确定
3.1 塑性变形与温度场分析的理论基础
3.1.1 刚粘塑性有限元基本理论
3.1.2 塑性成形传热学基本理论
3.2 数值模拟的有限元模型
3.2.1 材料模型
3.2.2 有限元模型
3.3 终锻过程的数值模拟研究
3.3.1 成形缺陷分析
3.3.2 成形载荷分析
3.3.3 等效应力与等效应变
3.3.4 锻件损伤分析
3.3.5 温度场分析
3.4 近净成形工艺参数的选取
3.4.1 金属坯料初始预热温度的选取
3.4.2 初始模具温度的选取
3.5 本章小结
第4章 基于响应面法的预成形多目标优化设计
4.1 设计变量的选择
4.2 优化目标函数的建立
4.2.1 基于锻件填充完整性的目标函数
4.2.2 基于锻件变形均匀性的目标函数
4.2.3 基于锻件内部损伤情况的目标函数
4.3 约束条件的确定
4.3.1 基于形状特征的边界约束
4.3.2 基于成形质量的性能约束
4.4 预成形优化的数学模型
4.4.1 基于锻件填充能力的最优化模型
4.4.2 基于锻件变形均匀性和锻件损伤程度的最优化模型
4.5 响应面算法与试验设计方法
4.5.1 响应面法建模及优化流程
4.5.2 中心复合试验设计方法
4.5.3 响应面精度与影响因素显著性检验
4.6 本章小结
第5章 预锻件形状的多目标优化设计
5.1 预锻件形状优化流程
5.2 基于锻件填充完整性的预成形优化
5.2.1 中心复合试验设计
5.2.2 响应面模型分析
5.2.3 结果与优化设计
5.3 基于变形均匀性和损伤情况的预成形优化
5.3.1 中心复合试验设计
5.3.2 响应面模型分析
5.3.3 优化设计方案
5.4 本章小结
第6章 近净成形试验与结果分析
6.1 数值模拟验证及工艺试验
6.1.1 近净成形工艺的数值模拟验证
6.1.2 成形工艺试验
6.2 成形件的形状测量与分析
6.2.1 形状数据的获取
6.2.2 基于测量点云数据的成形件逆向造型
6.3 成形精度与误差分析
6.3.1 典型部位成形质量分析
6.3.2 整体成形质量分析
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
参考文献
作者简介及在学期间取得的科研成果
致谢
本文编号：3843623
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景
1.2 铁路钩舌研究现状及近净锻造成形
1.2.1 钩舌的用途
1.2.2 钩舌的传统成形方式
1.2.3 近净锻造成形的特点
1.3 锻造预成形的研究现状
1.3.1 锻造预成形设计方法
1.3.2 锻造预成形优化设计方法及存在的问题
1.4 有限元模拟技术在锻造领域的应用
1.4.1 体积成形有限元技术
1.4.2 有限元模拟技术在锻造成形中的应用
1.5 选题目的及主要研究内容
第2章 复杂钩舌锻件近净成形工艺及其初步设计
2.1 钩舌零件近净锻造成形可行性分析
2.2 近净成形工艺
2.2.1 钩舌锻件的近净成形工艺方案
2.2.2 钩舌锻件的终锻模具
2.3 预锻件的设计基准与形状设计
2.3.1 预锻件设计基准的确定
2.3.2 预锻件形状设计
2.4 预锻件尺寸的初步设计
2.5 本章小结
第3章 终锻过程数值模拟分析及近净成形工艺参数确定
3.1 塑性变形与温度场分析的理论基础
3.1.1 刚粘塑性有限元基本理论
3.1.2 塑性成形传热学基本理论
3.2 数值模拟的有限元模型
3.2.1 材料模型
3.2.2 有限元模型
3.3 终锻过程的数值模拟研究
3.3.1 成形缺陷分析
3.3.2 成形载荷分析
3.3.3 等效应力与等效应变
3.3.4 锻件损伤分析
3.3.5 温度场分析
3.4 近净成形工艺参数的选取
3.4.1 金属坯料初始预热温度的选取
3.4.2 初始模具温度的选取
3.5 本章小结
第4章 基于响应面法的预成形多目标优化设计
4.1 设计变量的选择
4.2 优化目标函数的建立
4.2.1 基于锻件填充完整性的目标函数
4.2.2 基于锻件变形均匀性的目标函数
4.2.3 基于锻件内部损伤情况的目标函数
4.3 约束条件的确定
4.3.1 基于形状特征的边界约束
4.3.2 基于成形质量的性能约束
4.4 预成形优化的数学模型
4.4.1 基于锻件填充能力的最优化模型
4.4.2 基于锻件变形均匀性和锻件损伤程度的最优化模型
4.5 响应面算法与试验设计方法
4.5.1 响应面法建模及优化流程
4.5.2 中心复合试验设计方法
4.5.3 响应面精度与影响因素显著性检验
4.6 本章小结
第5章 预锻件形状的多目标优化设计
5.1 预锻件形状优化流程
5.2 基于锻件填充完整性的预成形优化
5.2.1 中心复合试验设计
5.2.2 响应面模型分析
5.2.3 结果与优化设计
5.3 基于变形均匀性和损伤情况的预成形优化
5.3.1 中心复合试验设计
5.3.2 响应面模型分析
5.3.3 优化设计方案
5.4 本章小结
第6章 近净成形试验与结果分析
6.1 数值模拟验证及工艺试验
6.1.1 近净成形工艺的数值模拟验证
6.1.2 成形工艺试验
6.2 成形件的形状测量与分析
6.2.1 形状数据的获取
6.2.2 基于测量点云数据的成形件逆向造型
6.3 成形精度与误差分析
6.3.1 典型部位成形质量分析
6.3.2 整体成形质量分析
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
参考文献
作者简介及在学期间取得的科研成果
致谢
本文编号：3843623
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