铁路货车钩舌热锻成形过程及数值分析的研究

发布时间：2017-09-25 14:21

  本文关键词：铁路货车钩舌热锻成形过程及数值分析的研究

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【摘要】：随着货物运输不断向高速和重载方向发展,钩舌作为连接机车以及车辆的主要部件,受到更加强烈的摩擦、冲击以及交变的作用力,在长时间的运行过程中,很容易发生断裂。在保证钩舌互换性的基础上如何提高其强度变得越来越紧迫。由于钩舌的形状非常复杂,之前大都采用铸造工艺成形,但通过铸造工艺生产的钩舌在成形过程中很容易产生夹渣、气孔、缩松等缺陷,并且其强度过低,使得货运车钩无法满足铁路货车进一步的提速和重载的需要。将钩舌的铸造成形改成锻造成形,不仅可以提高其强度,而且可以避免铸造过程产生的缺陷。在查阅大量的参考文献并对钩舌传统工艺进行研究的基础上,确定了钩舌的锻造工艺过程,即自由锻制坯,两次模锻,两次切边,三火次的锻造工艺。运用CATIA三维建模软件建立了货运钩舌实体模型,并对钩舌热锻成形工艺中各工步所需模具进行了详细的设计。在获得25Mn Cr Ni Mo A钢的相关数据后建立了该种材料的数据模型,然后运用DEFORM-3D模拟软件对钩舌热锻成形过程进行数值模拟。通过对模拟结果的可视化分析,观察金属的流动规律、应力-应变、温度场分布以及缺陷的产生等,然后利用得到的结果对锻造模具以及毛坯的尺寸、结构进行多次优化和改进,最终获得成形良好的锻造钩舌,对后继生产以及锻造钩舌的推广具有重要意义。在完成钩舌热锻模具设计及成形过程的模拟基础上,本课题还提出运用多向模锻来生产钩舌。在详细分析了钩舌实体模型以及多向模锻工艺基础上,设计出锻造模具,并对成形过程进行了模拟,经过多次的优化和模拟,设计出合理的模具。通过多向模锻工艺生产的钩舌,锻件接近净成形,不仅能够大大提高生产效率、节约材料,还能够保证金属流线的完整性提高钩舌强度。本课题的研究是将有限元数值模拟、模锻工艺以及模具设计结合起来,能够有效提高模具设计的合理性,减少模具重新试制的次数,从而达到缩短产品的研发周期,降低生产成本,为后继的实际应用做铺垫的目的。
【关键词】：钩舌 数值模拟 锻造缺陷 热锻成形 多向模锻
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U272;TG316
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 钩舌简介及我国货运车钩概况11-14
• 1.1.1 铁路货运钩舌简介11-12
• 1.1.2 我国铁路货运车钩概况12-14
• 1.2 铁路货运钩舌国内外研究现状14-16
• 1.2.1 铁路货运钩舌国内研究现状14-15
• 1.2.2 铁路货运钩舌国外研究现状15-16
• 1.3 选题背景及意义16-18
• 1.4 论文主要研究内容18-20
• 第2章 钩舌热锻成形基本理论20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 刚塑性有限元法的基本理论20-23
• 2.2.1 刚塑性有限元法基本方程20-22
• 2.2.2 刚塑性有限元法变分原理22-23
• 2.2.3 刚塑性有限元法的一般解题步骤23
• 2.3 塑性成形过程传热理论23-27
• 2.3.1 三维瞬态传热问题的基本方程24
• 2.3.2 初始条件和边界条件24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 钩舌热锻成形过程模拟及结果分析28-50
• 3.1 DEFORM软件简介28
• 3.2 基于DEFORM-3D软件的有限元操作流程28-35
• 3.2.1 模型的建立及数据搜集30-32
• 3.2.2 前处理设置32-34
• 3.2.3 模拟处理及后处理34-35
• 3.3 模拟结果分析35-49
• 3.3.1 预锻模拟结果分析35-42
• 3.3.2 终锻模拟结果分析42-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 锻造工艺分析及模具设计50-60
• 4.1 钩舌锻造工艺方案50-51
• 4.1.1 成形工艺分析50-51
• 4.1.2 成形工艺方案的确定51
• 4.2 模具设计51-56
• 4.2.1 分模面的确定51-52
• 4.2.2 模锻斜度的确定52-53
• 4.2.3 飞边槽的确定53-56
• 4.3 坯料的确定56-57
• 4.4 其他参数的确定57-58
• 4.4.1 设备吨位的确定57-58
• 4.4.2 锻造温度的确定58
• 4.4.3 摩擦系数的确定58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 钩舌多向模锻成形60-77
• 5.1 概述60-61
• 5.1.1 多向模锻简介60-61
• 5.1.2 多向模锻研究的意义61
• 5.2 多向模锻模具设计61-63
• 5.3 钩舌多向模锻成形过程模拟63-64
• 5.4 结果分析64-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第6章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

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