20钢冷拔前处理工艺优化及冷拔过程研究

发布时间：2017-08-26 15:41

  本文关键词：20钢冷拔前处理工艺优化及冷拔过程研究

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【摘要】：冷拔管因其良好的综合性能,在国民经济的各个行业中应用广泛。高速发展的行业需求对冷拔管的服役性能提出了更高的要求,尤其是精度方面,因此分析优化现有的冷拔工艺,提高管材质量和生产效率是亟需解决的问题。本课题结合实验分析和数值分析,对现有酸洗工艺的合理性进行了验证,通过正交实验优化了常温磷化工艺的关键参数实验,数值分析了冷拔过程中不同区域的应力分布规律,探究了钢管在冷拔过程中的成形机理和不同工艺参数对拔制力的影响,并对现有的锥形模进行了优化。本文的主要研究内容如下:(1)分析验证现有酸洗工艺的合理性,通过对一个酸洗周期内不同时间段酸洗后的试样进行拉伸实验测试,结果显示试样抗拉强度、屈服强度、截面收缩率和断后伸长率等塑性指标稳定,所有试样的断后伸长率的减小幅度均在2%以内,说明没有出现氢脆等缺陷;测试结果也发现酸洗后试样的塑性形变指标会变小。(2)通过正交实验法得到了20钢常温磷化工艺参数的最佳条件:总酸度为120,磷化时间为30min,促进剂点数为6时磷化效果最佳。SEM分析发现优化参数下的锌系磷化膜表面形貌致密度较好,膜层以条状形态为主且较为粗大;使用表调剂进行表面活性处理后得到的磷化膜耐腐蚀性提高、磷化膜层次感分明,整体厚度均匀且表面覆盖完全,膜层颗粒精细,呈松针状排列且较为致密。(3)对锥形模的冷拔过程进行了数值分析,得到了钢管在入模、稳定拔制和脱模三个阶段的径向、轴向的应力分布情况,根据塑性变形原理获得了钢管不同变形区域的应力状态,分析了成品管壁厚和管径精度存在误差的机理,并把钢管的拔制力变化规律分成了划为起始、入模、流动、稳定及脱模这五个阶段。(4)探讨了摩擦系数、模锥角、壁厚和冷拔速度等不同工艺参数对拉拔力的影响,根据钢管在减壁扩径过程中的应力特点以及拔制力与不同工艺参数之间的关系,对现有的冷拔模具进行了优化,提高了成品管直径和壁厚的精度。
【关键词】：冷拔钢管 磷化 锥形模 工艺优化 模具设计
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG356.11
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题的背景及研究意义10
• 1.2 冷拔技术的发展与研究现状10-15
• 1.2.1 冷拔技术的发展10-11
• 1.2.2 冷拔的预处理工艺11-12
• 1.2.3 钢管冷拔技术的研究现状12-14
• 1.2.4 国内外研究存在的问题14-15
• 1.3 本文的主要内容和研究意义15-17
• 1.3.1 本文的主要内容15
• 1.3.2 本文的研究意义15-17
• 第二章 冷拔前处理工艺的优化分析17-32
• 2.1 酸洗工艺及其工艺验证17-20
• 2.1.1 酸洗工艺17
• 2.1.2 验证酸洗工艺17-20
• 2.2 磷化工艺20-22
• 2.2.1 磷化工艺简介20-21
• 2.2.2 磷化分类21-22
• 2.3 表调剂在常温磷化中的应用22-24
• 2.3.1 表调剂简介22-23
• 2.3.2 表调剂的机理23
• 2.3.3 影响钛系表调剂的因素23-24
• 2.4 磷化工艺参数的正交实验24-30
• 2.4.1 磷化实验条件与工艺流程24-25
• 2.4.2 正交实验方法25-26
• 2.4.3 磷化工艺参数范围的确定26
• 2.4.4 磷化工艺参数的正交实验26-29
• 2.4.5 表调剂的使用29-30
• 2.5 实验结果分析30-31
• 2.5.1 磷化膜表面形貌30
• 2.5.2 表调剂对磷化膜的影响及表面成分分析30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 钢管冷拔加工的分类、特点、原理和拔制力计算32-41
• 3.1 冷拔工艺的分类32-35
• 3.2 冷拔工艺的优点35
• 3.3 钢管冷拔的金属学和力学原理35-38
• 3.3.1 金属学原理35-36
• 3.3.2 力学原理36-38
• 3.4 拔制力的计算38-40
• 3.4.1 拔制力计算38-39
• 3.4.2 短芯棒冷拔拔制力的理论计算39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 锥形模短芯棒冷拔过程的有限元分析41-59
• 4.1 弹塑性大变形和非线性问题41-43
• 4.1.1 弹塑性大变形41-42
• 4.1.2 弹塑性成形的非线性问题42-43
• 4.2 模型建立43-45
• 4.3 有限元计算结果分析45-49
• 4.3.1 稳定拔制阶段钢管的应力分布与应力状态45-47
• 4.3.2 钢管变形过程分析47-49
• 4.3.3 拔制力的变化情况49
• 4.4 工艺参数对冷拔的影响分析49-53
• 4.4.1 摩擦系数对拔制力的影响50-51
• 4.4.2 模锥角对拔制力的影响51-52
• 4.4.3 壁厚对拔制力的影响52
• 4.4.4 冷拔速度对拔制力的影响52-53
• 4.5 模具设计研究53-57
• 4.5.1 新模具稳定拔制阶段钢管的应力状况54-57
• 4.5.2 成品管壁厚和管径分析57
• 4.6 本章小结57-59
• 第五章 总结和展望59-61
• 5.1 总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利67
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目67

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本文编号：742191