铁座多向锻造成形新工艺数值模拟及试验研究

发布时间：2017-08-21 21:38

  本文关键词：铁座多向锻造成形新工艺数值模拟及试验研究

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【摘要】：铁座是广泛应用于铁轨上的重要紧固部件,起着防止铁轨爬升和侧滑的重要作用,随着铁路运行速度的不断提高,对其力学性能提出了更高的要求,采用传统铸造工艺的生产厂家受到了威胁,开发能够改善铁座力学性能的新工艺势在必行。本文以某一复杂形状的铁座为研究对象,采用数值模拟与工业试验相结合的方式对铁座锻造成形工艺进行开发,研究了铁座的成形规律。研究结果表明:(1)预锻成形过程金属流动分为3个阶段,最大等效应力为254MPa,未出现在模具尖角及强度薄弱位置,预锻模具具有较高的模具寿命;终锻成形过程金属各部分充型先后顺序为Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ,局部等效应力最大值为205MPa,上、下模具寿命较好,左右冲头挡肩薄弱位置应力集中较为严重,模具寿命有待提高。(2)预锻工序中通过降低预制坯局部位置的充型效果可以将成形载荷降至3170k N,终锻工序上模合模阶段,上模成形载荷为990k N,左右冲头合模阶段,左右冲头成形载荷为2360k N,上模为保证合模状态所需的合模力为6398k N。(3)成形过程中折叠缺陷产生的主要影响因素为楔横轧坯料在模具型腔中的摆放状态,最佳的楔横轧坯料摆放状态为:楔横轧圆角过渡处与模具型腔接触,同时楔横轧坯料杆部与上、下模距离较小,要达到此种状态需要较大的弯曲角度α及较小的总长L3。(4)为了在“一火”内完成锻件的成形,提高模具保温温度及楔横轧坯料的始锻温度能达到提高锻后坯料温度的目的,综合考虑后将模具保温温度及楔横轧坯料始锻温度分别选取为200℃和1120℃。随着成形速度的增加,成形载荷呈增长趋势,芯模温度呈下降趋势,为了保证模具寿命、成本及生产效率,成形速度选择为40mm/s。(5)随着同步性误差的不断增加,左冲头的成形载荷呈降低趋势,右冲头的成形载荷及左右冲头成形载荷差呈增加趋势,一定量的同步性误差可以降低左右冲头的成形载荷差及芯模的最大等效应力分布区域,同时也会适当增加芯模所受的剪切应力,试验条件下将同步性误差控制在0.5s范围内,对成形造成的影响不大。(6)工业试验成形过程与数值模拟各阶段基本相符合,消除折叠缺陷需要优化坯料及芯模的定位方式;合模力不足是由模具斜配合面及坯料下料精度导致的;充分冷却冲头依然无法保证其寿命,通过对冲头局部进行加厚处理可以改善冲头的寿命。
【关键词】：铁路扣件 多向锻造 成形规律 模具寿命 工业试验
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U213.5;TG316
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-13
• 1.2 铁座的介绍13-15
• 1.3 铁座生产工艺及多向锻造技术研究现状15-16
• 1.4 课题研究内容及研究目标16-18
• 第二章 铁座多向锻造成形工艺方案18-33
• 2.1 铁座多向锻造成形工艺方案的设计18-30
• 2.1.1 铁座产品工艺性分析18-19
• 2.1.2 多向锻造成形工艺方案的提出19-29
• 2.1.3 坯料尺寸的初步确定29-30
• 2.2 铁座多向锻造成形过程中影响因素的确定30-32
• 2.2.1 楔横轧坯料及预制坯形状尺寸30
• 2.2.2 坯料始锻温度及模具保温温度30-32
• 2.2.3 左右冲头进给速度及同步性32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 铁座多向锻造成形工艺的有限元模拟33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 有限元模型的建立33-35
• 3.2.1 几何模型的建立33-34
• 3.2.2 模拟参数的选择及设定34-35
• 3.3 铁座数值模拟分析35-43
• 3.3.1 铁座预制坯成形过程的数值模拟分析35-39
• 3.3.2 铁座终锻成形过程的数值模拟分析39-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 铁座多向锻造成形工艺影响因素分析45-59
• 4.1 楔横轧坯料及预制坯形状尺寸对铁座多向锻造成形的影响45-52
• 4.1.1 正交试验方法简介45
• 4.1.2 正交试验影响因素及其水平的确定45-47
• 4.1.3 模拟方案的制定及模拟结果分析47-52
• 4.2 预制坯成形过程影响因素分析52-55
• 4.2.1 始锻温度及模具保温温度对预锻成形的影响52-55
• 4.3 终锻成形过程影响因素分析55-57
• 4.3.1 左、右冲头进给速度对终锻成形的影响55-56
• 4.3.2 左、右冲头同步性对终锻成形的影响56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 铁座多向锻造成形工艺试验59-69
• 5.1 试验准备59-61
• 5.1.1 工艺试验方案及试验准备59-60
• 5.1.2 试验设备及模具60-61
• 5.2 试验结果分析与讨论61-63
• 5.3 成形缺陷产生原因分析及解决措施63-68
• 5.3.1 毛刺产生原因分析63-65
• 5.3.2 折叠缺陷产生原因分析65-67
• 5.3.3 模具寿命67-68
• 5.4 小结68-69
• 第六章 结论69-70
• 展望70-71
• 参考文献71-74
• 攻读学位期间参加的工作及发表的论文74-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：715281