复杂内腔零件液态模锻技术研究与应用

发布时间：2017-10-14 16:26

  本文关键词：复杂内腔零件液态模锻技术研究与应用

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【摘要】：目前液态模锻技术主要用来成型结构简单的零件,无法成型具有复杂内腔的零件。氧枪喷头作为具有复杂内腔零件的代表,现有的主要成型工艺为砂型铸造,质量不高、使用寿命短。因此,本文提出了将可熔金属芯运用在液态模锻技术中,成型以氧枪喷头为代表的复杂内腔零件的研究思路：主要研究内容包括可熔金属芯的设计及可行性研究、氧枪喷头液态模锻的工艺和模具设计、生产线的配置、数值模拟研究及验证等部分。 首先,论证了使用可熔金属芯成型零件复杂内腔的优点,并以氧枪喷头为成型目标零件,选择可熔金属芯的材料为纯铝,涂料为球墨铸铁消失模涂料,结构为分体式结构,制造方式为铸造和机加工以及可熔金属芯使用工艺。而后,进行了可熔金属芯的可行性试验,利用可熔金属芯通过砂型铸造成型氧枪喷头,验证了可熔金属芯的可行性,为液态模锻提供了参考。 其次,以Φ180x3型号的氧枪喷头为具体研究对象,进行了其液态模锻的工艺设计及模具设计。包括对氧枪喷头毛坯结构的优化,选择端盘在下的成型位置及下加压间接液锻的液锻方式,工艺流程的设计和工艺参数的确定；以及模具整体结构、赋形零件、排气系统、卸料系统等的详细设计和模具材料的选择。 再次,根据氧枪喷头液态模锻的工艺设计,对可以生产直径300mm以下的氧枪喷头的YD800生产线进行配置。选择立式液锻机并对其主要功能、动作程序和主要技术参数给出了设计要求；并对用于熔化金属芯的熔芯炉、用于保温熔化芯料将其用于铸造金属芯的熔铝炉、烘干和预热金属芯的烘芯炉给出了主要功能、基本结构和主要技术参数的设计要求。 最后,为了进一步验证将可熔金属芯运用到液态模锻的可行性,对Φ180x3型号氧枪喷头的液态模锻进行了模拟分析。得出在这一工艺中,金属芯虽然会熔化,但是在熔化之前,其外部的铜液已经形成了一层凝固壳,这层凝固壳和金属芯涂料可以隔开熔化的金属芯和液锻件,不会造成废品这一结论。这一模拟结果得到了实验证实。
【关键词】：液态模锻 复杂内腔 氧枪喷头 可熔金属芯 工艺 模具
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-24
• 1.1 液态模锻技术概述12-15
• 1.1.1 液态模锻工艺的原理及特点12-14
• 1.1.2 液态模锻技术研究现状14-15
• 1.2 氧枪喷头及其成形技术现状15-18
• 1.2.1 氧枪喷头分类及材质15-17
• 1.2.2 氧枪喷头制造技术的发展和演变17-18
• 1.2.3 氧枪喷头的失效形式18
• 1.3 液态模锻成型具有复杂内腔零件的优点及可行性18-19
• 1.4 本文的主要研究内容、路线及创新点19-24
• 1.4.1 研究内容20
• 1.4.2 研究路线20-22
• 1.4.3 创新点22-24
• 2 氧枪喷头液态模锻的可熔金属芯设计及制造24-36
• 2.1 可熔金属芯的技术原理24
• 2.2 氧枪喷头可熔金属芯的设计24-29
• 2.2.1 使用可熔金属芯成型复杂内腔的优点24-25
• 2.2.2 可熔金属芯及涂料的材料设计25-26
• 2.2.3 氧枪喷头可熔金属芯的结构设计26-28
• 2.2.4 可熔金属芯的制造工艺28
• 2.2.5 可熔金属芯的使用工艺28-29
• 2.3 可熔金属芯的可行性实验29-35
• 2.3.1 实验目的29
• 2.3.2 实验方法和材料29-32
• 2.3.3 实验结果与讨论32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 氧枪喷头液态模锻工艺设计及模具设计36-52
• 3.1 氧枪喷头液态模锻工艺设计36-43
• 3.1.1 液态模锻毛坯结构尺寸优化设计36-38
• 3.1.2 液态模锻成型位置——端盘在下38-39
• 3.1.3 液态模锻方式——下加压间接液锻39-40
• 3.1.4 工艺流程40-41
• 3.1.5 工艺参数设计41-43
• 3.2 氧枪喷头液态模锻模具设计43-50
• 3.2.1 模具整体结构43-46
• 3.2.2 模具材料46
• 3.2.3 赋形零件46-48
• 3.2.4 定位导向机构48
• 3.2.5 浇注系统48-49
• 3.2.6 排气系统49
• 3.2.7 卸料机构49-50
• 3.3 本章小结50-52
• 4 氧枪喷头液态模锻生产线配置52-68
• 4.1 生产线概述52-54
• 4.1.1 生产纲领52
• 4.1.2 生产线主要设备52-54
• 4.2 YD800液锻机技术设计54-58
• 4.2.1 液锻机选型和总体要求54
• 4.2.2 结构和功能要求54-56
• 4.2.3 工作原理和动作程序56
• 4.2.4 主要技术参数56-58
• 4.3 熔芯炉技术设计58-61
• 4.3.1 功能要求58-59
• 4.3.2 结构和工作原理59-60
• 4.3.3 主要技术参数60-61
• 4.4 熔铝炉技术设计61-63
• 4.4.1 功能要求61
• 4.4.2 结构和工作原理61-62
• 4.4.3 主要技术参数62-63
• 4.5 烘芯炉技术设计63-65
• 4.5.1 功能要求63-64
• 4.5.2 结构和工作原理64-65
• 4.5.3 主要技术参数65
• 4.6 本章小结65-68
• 5 氧枪喷头液态模锻过程的数值模拟及实验验证68-86
• 5.1 氧枪喷头液态模锻的数值模拟68-78
• 5.1.1 三维建模68-69
• 5.1.2 初始条件及边界条件69-70
• 5.1.3 充型过程数值模拟结果与分析70-71
• 5.1.4 凝固过程数值模拟结果与分析71-74
• 5.1.5 成型过程中金属芯的行为分析74-78
• 5.2 氧枪喷头液态模锻数值模拟结果的验证实验78-85
• 5.2.1 实验目的78
• 5.2.2 实验方法78-81
• 5.2.3 实验材料及设备81-83
• 5.2.4 实验结果与讨论83-85
• 5.3 本章小结85-86
• 6 结论86-88
• 参考文献88-92
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果92-96
• 学位论文数据集96

【参考文献】

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本文编号：1032062