挤压铸造装备压射机构动态配合中的摩擦研究

发布时间：2017-09-28 19:09

  本文关键词：挤压铸造装备压射机构动态配合中的摩擦研究

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【摘要】：挤压铸造设备是实现挤压铸造技术的重要平台,压射机构是挤压铸造装备的核心部件。挤压铸造工艺过程中压射机构在交变的热、机械载荷作用下,冲头和压室的配合间隙值会发生改变,使冲头和压室间的摩擦变得复杂,不利于冲头和压室间的相对运动,甚至造成咬合卡死,严重影响压射工艺和压射机构使用寿命。目前的研究中较少定量地研究压室和冲头间的摩擦对压射过程动态配合状态的影响,因此本文对此进行了数值模拟与试验研究,为压射机构的设计提供一定的理论依据。本文首先建立了摩擦副间的润滑油膜数值计算模型,在美孚齿轮油润滑条件下,计算出压室-冲头在不同间隙值下的载荷力以及润滑油膜压力分布曲线。根据润滑油膜数值计算模型的结果,在MM-2000环-块摩擦试验机上进行摩擦试验,研究载荷力和润滑剂对压室与冲头之间摩擦性能的影响,并对摩擦系数的计算结果和试验值进行了对比验证。试验结果表明,在定载荷下冲头润滑油具有较好的润滑性能;在美孚齿轮油润滑下,随着载荷的增大摩擦副间形成了良好的润滑油膜;而且试验值和数值计算值间的误差保持在10%之内,可说明数值计算模型与试验方案的合理性。在是否考虑摩擦作用条件下,利用压射机构试验装置对两种不同模型进行成形试验,对相关位置的温度和变形进行实时测量;然后使用铸造模拟软件Pro CAST,引入此前的摩擦副试验结果,根据工艺试验条件进行数值模拟计算,将温度和变形的模拟值和试验值进行对比,可知摩擦耦合模型的模拟结果与试验值间的误差为12%,而通用模型与试验值的误差为20%,表明摩擦耦合模型的准确性和有效性。将摩擦耦合数学模型运用到2500 k N挤压铸造设备压射机构的动态配合研究中,研究压室与冲头间的摩擦对其动态配合间隙的影响。模拟结果表明在考虑摩擦的条件下压射机构的间隙值为0.075mm,而无摩擦条件下的间隙值为0.08mm,主要因为摩擦对冲头的变形速率的影响大于压室的变形速率,使摩擦耦合模型下的间隙值较小;最后对冲头和压室间四种不同的初始配合间隙值进行数值模拟,分析了不同的初始间隙值对压射机构压射行为的影响,模拟结果表明2500k N挤压铸造设备中压室内径为63mm、壁厚为32mm的压射机构的初始配合间隙的设计值在0.12mm和0.13mm之间较为合理。
【关键词】：挤压铸造 压射机构 摩擦性能 动态间隙
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG233.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 挤压铸造设备的研究现状12-13
• 1.3 压射机构的研究现状13-16
• 1.3.1 压射机构的变形规律13-14
• 1.3.2 压射机构配合间隙的设计准则14-15
• 1.3.3 压射机构摩擦磨损研究现状15-16
• 1.4 机械结构摩擦数值模拟研究现状16-18
• 1.4.1 机械结构摩擦磨损概述16-17
• 1.4.2 数值模拟在零件成形摩擦方面的应用17-18
• 1.5 提高压射机构使用寿命的措施18-20
• 1.6 研究意义和主要内容20-21
• 1.7 课题来源21-22
• 第二章 压射机构的传热润滑摩擦数学模型22-32
• 2.1 流体动力学方程22-24
• 2.1.1 质量守恒方程22-23
• 2.1.2 动量守恒方程23
• 2.1.3 能量守恒方程23-24
• 2.2 动压润滑数学模型24-27
• 2.2.1 基本假设25
• 2.2.2 平均Reynolds方程25-26
• 2.2.3 润滑油膜厚度26
• 2.2.4 摩擦力与摩擦热26-27
• 2.2.5 润滑油膜的传热模型27
• 2.3 温度场数学模型27-28
• 2.4 应力场数学模型28-29
• 2.5 热-力耦合数学模型29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 压射冲头与压室的摩擦特性研究32-45
• 3.1 不可压稳态线接触润滑数值模型32-38
• 3.1.1 润滑数值模型的建立32-34
• 3.1.2 润滑数值模型计算34-35
• 3.1.3 矿物油润滑下的理论摩擦系数35-38
• 3.2 试验设备和试验材料38-39
• 3.2.1 试验设备38
• 3.2.2 试验材料38-39
• 3.3 试验方法39
• 3.4 摩擦副实物图及试验安装图39-42
• 3.5 试验结果与讨论42-44
• 3.5.1 不同润滑剂对摩擦副摩擦性能的影响42-43
• 3.5.2 不同载荷对摩擦副摩擦性能的影响43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 摩擦对压射机构动态配合的影响45-65
• 4.1 压射机构试验装置及试验条件45-49
• 4.1.1 压射机构试验装置45-47
• 4.1.2 试验方法47-48
• 4.1.3 试验条件48-49
• 4.2 数值模型及模拟前处理49-54
• 4.2.1 ProCAST挤压铸造模拟软件49-50
• 4.2.2 有限元模型50-51
• 4.2.3 数值模拟前处理51-54
• 4.2.3.1 各零件的材料特性51-52
• 4.2.3.2 界面传热系数及边界条件设置52-53
• 4.2.3.3 冲头-压室间润滑摩擦的数值模拟53-54
• 4.3 结果对比分析与讨论54-63
• 4.3.1 冲头结果对比分析55-58
• 4.3.2 压室结果对比分析58-62
• 4.3.3 压射机构间隙值的对比验证62-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 基于数值模拟的压射机构配合间隙设计65-77
• 5.1 数值模型及网格划分65-66
• 5.2 数值模型前处理66-69
• 5.2.1 数值模拟方法66-67
• 5.2.2 界面传热系数及边界条件设置67-68
• 5.2.3 冲头-压室间润滑摩擦的数值模拟68-69
• 5.3 模拟结果对比分析与讨论69-73
• 5.3.1 冲头模拟结果对比分析69-71
• 5.3.2 压室模拟结果对比分析71-72
• 5.3.3 模拟间隙值对比分析72-73
• 5.4 压射机构初始配合间隙值的设计73-76
• 5.4.1 不同初始配合间隙值的数值模拟74-75
• 5.4.2 间隙值的变化对压射行为的影响75-76
• 5.5 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果85-86
• 致谢86-87
• 附件87

【参考文献】

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本文编号：937557