基于楔横轧制坯的中空气门终锻成形工艺研究

发布时间：2017-10-17 01:39

  本文关键词：基于楔横轧制坯的中空气门终锻成形工艺研究

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【摘要】：中空气门是气门的一种特殊形式,目前主要有两种生产方法：一种是电镦／挤压—模锻—钻孔法,即先采用电镦或挤压工艺成形出实心气门,再进行深孔钻加工,这种方法工序多,生产效率低,毛坯质量不稳定,且钻头磨损严重。一种是反挤压-模锻法,先根据气门内腔的形状制作钢芯作为上模,利用钢芯和模具使用压力机将坯料挤压、模锻成带有内腔的气门产品,该方法成形的气门内腔受到钢芯尺寸的限制,且挤压力过大,模具磨损快,且生产投入大,在国内难以推广。楔横轧-模锻成形工艺是利用楔横轧工艺对管坯进行轧制,成形出所需的中空气门预成形毛坯,再经过模锻工艺成形出中空气门产品的方法,具有生产效率高、产品质量好、制造成本低,易于实现自动化生产的特点,能够克服电镦／挤压一模锻一钻孔法和反挤压-模锻法存在的不足。本文将对中空气门预成形毛坯的终锻成形过程进行研究,分析不同预成形毛坯形状尺寸对终锻成形过程和终锻件的影响,优化预成形毛坯的形状尺寸,具体内容包括以下几方面：1)楔横轧预成形中空管坯的设计及其终锻成形过程的基本成形规律。依据楔横轧成形工艺的特点以及终锻件的形状尺寸要求,以中空气门KT-483Q为研究对象,设计用于终锻成形的中空气门预成形毛坯进行数值模拟,对预成形毛坯的终锻成形过程进行分析,包括金属流动规律、等效应力应变、流动网格分布等,了解毛坯终锻过程的成形机理。2)预成形毛坯终锻成形过程的影响因素及终锻成形过程可能产生的缺陷形式。以中空气门KT-483Q为研究对象,运用DEFORM-2D/3D软件对影响预成形毛坯终锻成形过程及终锻件的因素进行数值模拟,包括体积补偿量、高径比、毛坯尺寸偏差、过渡圆角半径、凸模芯轴长度、摩擦系数等因素,并对模拟过程可能产生的缺陷形式进行分析。模拟结果表明：以上因素均会对预成形毛坯终锻成形过程中的金属流动规律、等效应力应变、温度分布以及终锻件质量产生不同程度的影响：体积补偿量太少、毛坯尺寸偏差过大都可能造成模具型腔缺陷；体积补偿量过多、高径比过大则可能导致毛坯端部、过渡圆角处终锻过程中产生折叠；而凸模芯轴长度不够则无法保证终锻件的内腔形状等。通过数值模拟结果的分析,获得了满足楔横轧及模锻成形工艺要求的预成形毛坯及其终锻成形模具的设计原则。3)实例验证。选择其它型号的中空气门,依据所获得的设计原则设计出相应的预成形毛坯和终锻成形模具,对其终锻成形过程进行数值模拟并对模拟结果进行分析,对所获得的设计原则的准确性及可靠性进行验证。本文对基于楔横轧制坯的中空气门的终锻成形过程进行研究,确定满足楔横轧及模锻成形工艺要求的中空气门预成形毛坯及其终锻成形模具的设计原则,为采用楔横轧-模锻成形工艺生产中空气门提供理论基础,对中空气门楔横轧-模锻成形工艺的推广应用具有重要的意义。
【关键词】：中空气门 终锻成形 楔横轧-模锻工艺 数值模拟 实例验证
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• Contents10-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题来源13
• 1.2 课题研究的背景和意义13-16
• 1.3 国内外在气门成形工艺方向的研究现状与发展16-18
• 1.4 本课题的主要研究内容18-20
• 第二章 楔横轧预成形中空气门毛坯20-28
• 2.1 中空气门毛坯的轧制成形20-25
• 2.1.1 中空气门预成形毛坯轧制成形的可行性分析22-23
• 2.1.2 中空气门预成形毛坯的设计23-25
• 2.2 中空气门预成形轧制成形的问题25-27
• 2.2.1 尺寸精度25-26
• 2.2.2 端面倾斜度26
• 2.2.3 过渡圆角半径26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 中空气门毛坯终锻成形过程的数值模拟28-57
• 3.1 终锻成形过程数值模拟的有限元模型28-29
• 3.2 终锻成形过程的数值模拟及分析29-35
• 3.2.1 终锻成形过程的数值模拟29
• 3.2.2 毛坯终锻成形过程的金属流动分析29-31
• 3.2.3 毛坯终锻成形过程的等效应力分析31-32
• 3.2.4 毛坯终锻成形过程的等效应变分析32-33
• 3.2.5 毛坯终锻成形过程的温度变化分析33-34
• 3.2.6 毛坯终锻成形过程的流动网格分析34-35
• 3.3 中空气门预成形毛坯终锻成形过程的影响因素分析35-53
• 3.3.1 毛坯端部尺寸36-39
• 3.3.2 毛坯端面倾斜度39-40
• 3.3.3 毛坯高径比、相对厚度比40-42
• 3.3.4 毛坯端部尺寸偏差42-44
• 3.3.5 毛坯杆部尺寸偏差44-45
• 3.3.6 毛坯过渡圆角半径45-47
• 3.3.7 凸模芯轴长度47-51
• 3.3.8 摩擦系数51-53
• 3.4 中空气门终锻成形过程中的缺陷形式53-55
• 3.4.1 模具型腔未能充满53
• 3.4.2 毛坯折叠失稳53-54
• 3.4.3 毛坯过渡圆角处聚料54-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第四章 模拟结果的实验与实例验证57-70
• 4.1 实验验证57-59
• 4.1.1 实验方案的设计57-58
• 4.1.2 实验的基本设备工具58
• 4.1.3 楔横轧-模锻成形工艺可行性实验结果分析58-59
• 4.2 实例验证59-69
• 4.2.1 预成形毛坯的设计60-62
• 4.2.2 终锻成形模具的设计62-64
• 4.2.3 模拟结果分析64-69
• 4.3 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间发表论文及申请专利76-78
• 致谢78-79
• 附录一79-87
• 附录二8

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本文编号：1046112