多工位高速冷镦成形机理及其设备结构优化研究

发布时间：2018-03-03 00:30

本文选题：高速冷镦　切入点：多工位冷镦工艺　出处：《机械科学研究总院》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：多工位高速冷镦机以其高效率、高质量和高精度的生产特点,以及新型高强度冷镦钢的应用和冷镦新工艺的研发,使得现代制造业越来越多的选择多工位冷镦机设备生产综合性能高的零件,例如在航空、航天、船舶和机械制造等领域生产紧固件及结构复杂的异形件。但随着市场经济的快速发展,产品需求向着多样化、结构复杂化、综合性能要求高的方向发展。而国内多工位高速冷镦机现有的换模结构形式,无法应对产品多样化的生产趋势;小于四工位的冷镦成形旧工艺,不能保证结构复杂件的成形精度;且优质冷镦件的获得,更需要对多工位冷镦成形原理进行更深入的研究等,上述存在的问题大大限制了多工位冷镦技术的发展。文章以多工位高速冷镦成形技术为主线,围绕高速冷镦成形机理、多工位高速冷镦成形工艺以及多工位冷镦机快速换模机构等方面展开讨论研究。采用物理模拟试验方法来讨论多工位冷镦成形原理、采用有限元模拟分析和建立工艺优化数学模型的方法对多工位冷镦成形工艺进行优化、并针对多工位冷镦机快速换模问题设计出冷镦机专用离线换模装置,最终以典型冷镦件在多工位冷镦机上的生产实践来验证上述讨论内容。具体开展了以下几方面的研究及取得相应的成果:1)多工位高速冷镦成形机理的研究根据多工位冷镦机的运动速度和滑台的位移可以确定应变速率,得出多工位高速冷镦成形属于低动态成形范畴(低动态的应变速率100~101s-1)。用Gleeble试验机物理模拟的方法研究多工位冷镦成形状态下高强钢的变形规律,发现①高速冷镦过程有应力波的传播、正应变速率效应,和较弱的绝热效应;②在多工位冷镦成形过程中,变形量和变形工位数对组织细化作用影响显著,而应变速率对组织细化的作用较小。2)多工位高速冷镦成形工艺研究由于复杂冷镦件的综合性能要求极高,在冷镦材料选择、冷镦次数的确定和冷镦新工艺上提出了相应的设计方法。并在多工位高速冷镦成形工艺中采用有限元模拟技术,在模拟计算的过程中提出了多组模具更换、定位和各工位间模拟数值的连续性问题的解决办法。在工艺优化方面,建立工艺优化数学模型,根据模型最小值的工艺参数得出较优化工艺方案,并根据各工位成形坯料的损伤值和等效应力应变分布来选择最佳的成形工艺。3)多工位冷镦机结构优化---离线换模装置离线换模装置将多工位冷镦机模具组的机内更换转换成机外更换调整,减少停机时间;采用液压缸与斜块共同作用的方式实现快速装夹和吊离;动、定模部分各设置有相应的方形销精准定位。4)多工位冷镦产品的试验研究在多工位高速冷镦机上根据优化的工艺方案生产出典型冷镦件,研究其成形力、成形工艺以及成形后的组织变化。结果表明,采用多工位冷镦成形技术生产的零件,组织得到明显细化,综合性能高,同时离线换模装置的设计,大大提高了生产效率。典型冷镦件的生产实践验证了多工位冷镦成形机理中的物理模拟结果和冷镦工艺有限元模拟优化结果。以上研究结论和成果,将打破国外对多工位冷镦机设备改造升级技术的垄断,实现我国多工位冷镦机装备技术的自主创新,并改善我国冷镦产品技术的低附加值,高质高精度冷镦件严重短缺的现状等,具有重要的理论研究价值和工程实践意义。
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【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316

【参考文献】