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【6h】

变壁厚伞形件温挤成形用高寿命模具研究

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目录

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1 绪 论

1.1选题背景

1.2研究目标及意义

1.3研究路线

1.4温挤成形工艺国内外研究现状

1.5模具损伤机理研究

1.6定量润滑技术研究现状

1.7模具材料热处理及表面处理技术研究现状

1.8本文研究内容

2 引信体成形工艺及模具设计优化

2.1 引信体生产现状

2.2零件工艺难点分析及毛坯尺寸制定

2.3引信体成形工艺确定

2.4 引信体挤压成形模具设计

2.5引信体温挤成形工艺参数的选择

2.6引信体温挤成形模具优化及工艺参数的确定

2.7模具材料选择

2.8实验及性能检测

2.9本章小结

3 模具损伤机理分析

3.1凸模失效情况分析

3.2凸模断裂机理分析

3.3模具表面磨损失效情况分析

3.4凸模发生塑性变形失效情况判定

3.5凸模发生磨损失效的判定

3.6影响高温磨粒磨损的因素

3.7本章小结

4 润滑技术研究

4.1摩擦因数的测定方法

4.2油基石墨润滑剂润滑系数的测定

4.3水基石墨润滑剂高温环境下的摩擦

4.4温挤模具在成形过程中的热流平衡关系

4.5模具成形过程中摩擦热的解析计算

4.6毛坯塑性变形热对毛坯热量的影响

4.7模具成形过程中热传热

4.8模拟、试验和模型计算结果对比与误差分析

4.9模具吸收热量△Q的计算

4.10确定润滑冷却方案

4.11本章小结

5 模具表面处理技术研究

5.1常见表面处理方式的特点

5.2氮化处理

5.3 激光表面处理技术

5.4表面处理后的H13耐磨性能试验

5.5表面处理工艺的确定

5.6本章小结

6 试验及结果分析

6.1有限元模拟模具损伤

6.2引信体试验生产

6.3模具损伤情况分析

6.4本章小结

7 结 论

参考文献

博士期间成果

致谢

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摘要

引信体是弹箭的关重件之一,是典型的变壁厚伞形零件。目前主要生产工艺仍然停留在依靠棒料或管料的切削加工来实现零件的壁厚变化,落后的生产工艺存在着材料利用率低、生产效率低、制件性能低,生产成本高的现实问题。为了解决此类零件生产工艺落后的问题,本文根据引信体零件的结构特点及材料特性,研发了变壁厚伞形件的温挤成形模具,通过优化模具结构和工艺参数,降低了成形力,实现了引信体的一次挤压成形,使材料利用率从17%提高至45%,生产效率提高了1倍以上,制件内部组织均匀,性能得到提升。通过温挤成形方式制备变壁厚伞形件毛坯,不仅可以解决机械加工中“三低一高”的问题,而且可以实现清洁、文明、自动化生产,对于生产企业意义重大。但凸模的使用寿命仅为2000—3000件,增加了模具成本,降低了生产效率,成为限制此项技术应用推广的主要障碍。
  本文结合试生产中凸模出现的过早失效问题,通过分析确定了凸模失效的主要形式包括:剪切断裂和磨损失效。
  剪切断裂发生于工作带附近,主要由于成形过程中的应力集中现象和毛坯壁厚差过大造成的弯矩引起。通过优化模具结构降低应力集中现象;结合模具材料高温力学性能和模拟仿真技术,提出了锻件壁厚差的计算方法,确定了毛坯壁厚差安全范围为±1mm。分析磨损失效的模具后发现了不同于传统磨损机理的高温磨粒磨损现象,根据磨损发生和发展机理,找到了主要影响因素是模具温度升高和硬度下降,提出了缓解磨损的主要方法:降温、润滑和模具表面处理。
  应用水基石墨润滑剂的定量喷涂可以实现模具的降温与润滑,需要确定毛坯与模具间的热量传递关系。建立了具有摩擦热和塑性变形热双内热源的一维非稳态导热模型,可以准确计算成形过程中的热量传递。本文计算得出单次成形过程中模具吸收热量为△Q=158787.85J,以此确定了合理的润滑剂喷涂量实现模具的降温与润滑。
  提高模具表面硬度是减缓高温磨粒磨损形成的重要手段。通过实验确定H13热作模具钢激光熔凝处理的最佳工艺,经过激光熔凝处理的模具表面硬度提高5—7HRC,可以有效抵抗氧化皮划伤,减缓高温磨粒磨损的形成。
  结合上述主要研究成果进行试生产,模具寿命由3000件提升到10000件以上,达到了延长模具使用寿命的研究目标。利用SEM和EDS观察、分析试验用凸模表面,发现模具表面损伤情况明显减轻,表明利用水基石墨润滑剂定量喷涂技术和激光熔凝技术可以有效缓解高温磨粒磨损引起的模具失效,模具的使用寿命提高3倍以上。通过以上研究解决了变壁厚伞形件温挤成形模具快速损伤失效的现实问题,在温挤成形技术的推广中具有重要意义。

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