钳口动力学分析与铜管振动拉拔工艺研究

发布时间：2020-06-08 18:48

【摘要】：随着冰箱、空调、汽车发动机、发电机等市场需求逐年升高,铜管加工行业越来越受到人们广泛关注。在铜管需求量增大的同时对铜管生产效率及成形质量要求也越来越高。钳口结构参数和拉拔工艺参数匹配对铜管成形质量影响较大,因此,开展钳口动力学分析和振动拉拔工艺研究具有良好的研究价值与应用前景。论文采用理论分析、数值模拟和实验分析相结合的方法主要完成了以下工作:针对钳口打滑问题,对现有钳口夹紧装置进行改进设计;将振动塑性成形技术应用到铜管拉拔生产中,有利于减小铜管变形抗力和提高管坯成形质量;结合实际生产,利用有限元分析软件MSC.MARC,对铜管游动芯头低频振动拉拔工艺展开研究。论文的主要研究结果:(1)结合铜管拉拔生产,在分析钳口打滑原因的基础上,对现有拉拔钳口装置改进设计,基于ADAMS建立钳口夹紧铜管夹头刚柔耦合模型,对钳口夹紧过程进行动力学分析;以钳口对铜管夹头夹紧力为评价指标,确立了钳口角度、铜管夹头直径、铜管夹头与钳口接触长度的最佳取值范围,为钳口角度调整及制铜管夹头工艺提供了参考。(2)以H63铜合金为实验对象,通过开展不同振动参数(振幅、频率)条件下的振动拉伸试验,得到H63铜合金振动拉伸真应力应变曲线;采用唯象建模方法,建立基于弹粘塑性的H63铜合金振动拉伸本构模型;通过拉拔过程的有限元模拟,分析了铜管游动芯头振动拉拔与常规拉拔的管坯力学性能。(3)探讨了振动参数(振幅、频率)、拉拔速度、模具锥角、摩擦系数对铜管游动芯头低频振动拉拔拉拔力的影响规律;采用CCD响应曲面法,对铜管游动芯头低频振动拉拔进行工艺参数匹配,建立铜管游动芯头低频振动拉拔力预测模型,得到了最佳工艺参数组合。(4)在研制出激振力幅和频率分别可调的“中空式”气动激振器的基础上,搭建了铜管游动芯头低频振动拉拔实验系统,通过振动拉拔实验分析,验证了添加振动使得铜管拉拔力减小的事实;在分析拉拔管坯试样的金相时,发现添加振动的管坯晶粒组织分布更均匀,表明引入低频振动有利于提高铜管成形质量。通过以上表明,本研究结果对铜管拉拔成形的理论研究和技术开发提供有效的途径,并具有较好的实际应用价值。
【图文】：

钳口,夹紧装置

1-拉拔小车主体；2-气缸伸缩杆；3-推块；4-拉拔钳口；5-滑槽；6-小车衬板图 2.1 现有钳口夹紧装置图拔钳口的改进设计对钳口打滑问题，对现有钳口装置进行改进设计。同样采用气缸作为夹，气缸推杆通过铰链座、连杆分别与钳口相连接。在气缸作用力下，，钳的作用下沿着拉拔小车衬板斜面运动至夹紧铜管夹头。在拉拔过程中，作用力，这样在楔形钳口的自锁性能及气缸推力的双重作用下，确保拉能一直夹紧铜管夹头。于铜管脱离拉拔模具瞬间会产生巨大惯性力，对钳口产生冲击。为了减伸缩杆的冲击影响，在气缸伸缩杆与拉拔小车车体间安装弹簧减振装置，钳口在气缸推杆的作用下能够进行松夹动作。钳口的打开和闭合都是制，确保了两个钳口的准确同步运动。钳口在夹紧铜管夹头时，受力更

示意图,钳口,示意图,气缸

焖醺耍?-推块；4-拉拔钳口；5-滑槽；6-小车衬板图 2.1 现有钳口夹紧装置图2.2 拉拔钳口的改进设计针对钳口打滑问题，对现有钳口装置进行改进设计。同样采用气缸作为夹紧驱动力来源，气缸推杆通过铰链座、连杆分别与钳口相连接。在气缸作用力下，钳口会在导向槽的作用下沿着拉拔小车衬板斜面运动至夹紧铜管夹头。在拉拔过程中，气缸持续保持作用力，这样在楔形钳口的自锁性能及气缸推力的双重作用下，确保拉拔过程中钳口能一直夹紧铜管夹头。由于铜管脱离拉拔模具瞬间会产生巨大惯性力，对钳口产生冲击。为了减弱钳口对气缸伸缩杆的冲击影响，在气缸伸缩杆与拉拔小车车体间安装弹簧减振装置。拉拔完成后，钳口在气缸推杆的作用下能够进行松夹动作。钳口的打开和闭合都是由气压系统控制，确保了两个钳口的准确同步运动。钳口在夹紧铜管夹头时，受力更均匀，夹持更牢固。并且针对打滑原因 1，增大气缸推力。针对打滑原因 5，将钳牙进行淬火热处理，提高硬度与耐磨性能。将导向槽间隙进一步缩小至 0.1mm，最大程度的避免杂质渗入。钳口角度及制夹头工艺需进行定量分析。改进后钳口夹紧装置如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG359

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