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高强度合金钢管材液压成形试验机的设计与开发

作　者: 刘东升
导　师: 樊黎霞
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 管件液力成形试验机创新设计标定验证系统数值模拟
分类号: TG394
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

管材液力塑性成形技术有效地将结构轻量化和加工柔性化结合在一起,与传统的挤压、冲压及其它的塑性成形技术相比,属于特种塑性加工中新颖的近净成形技术。因此,许多发达国家都对该技术做了大量的研究工作,并逐渐将研究成果由汽车领域向航空航天、军事、生活用品等其他领域推广应用。我国对该技术的研究相对滞后,在成形设备、过程参数控制及模具设计等方面仍相当匮乏,尤其是对高强度合金管材成形研究更少,积极开展高强度合金管材液压成形试验机开发,并最终建立起一套高强度合金钢管形零件液压成形过程计算机仿真的标定验证系统是一项必要且重要的工作。本文先从高强度合金试验管材液力成形性能及成形件的最大几何参数入手,针对两端固定无轴向进给之自由鼓胀成形模型推导出数学解析式,计算成形过程最高工艺参数,最后确定了液压成形试验机的主要技术参数。本液压成形试验机采用四缸合模、四立柱缸浮动及辅助锁模结构,同比增大了合模压力,结构紧凑,提高了有效空间。采用三缸进给及平衡相互转换结构,扩大了成形范围。另外,本机实现了模块化及轻量化结构,减轻机身重量,并能实现多台机组合工作成形大型工件。在液压系统中,设计了独特的高低压转换回路和模具自动润滑系统,并且大量选用插装阀和使用了数字同步阀,提高了系统响应的速度和精度、改善了润滑条件。总之,本机可在自由胀形、轴压胀形、T型管件胀形、十字管件胀形等多种加工方式下进行高强度合金钢液压成形的实验验证,为今后液压塑性成形实验台的构建和数值模拟验证奠定了基础,从而加快了管材液力塑性成形技术在军事上的应用。通过数值模拟与仿真研究,优化了本机结构,验证了液压系统的可行性,为下一步实际生产与制造提供了可靠参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-9
参数符号说明  9-10
1 绪论  10-20
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
    1.1.1 课题研究的背景  10
    1.1.2 课题研究的意义  10-11
  1.2 管材液力塑性成形技术简述  11-19
    1.2.1 管材液力塑性成形原理  11-13
    1.2.2 管材液力塑性成形的优缺点及应用  13-15
    1.2.3 管材液力塑性成形的影响因素及工艺缺陷  15-16
    1.2.4 管材内液塑性成形的发展历程及未来发展趋势  16-19
  1.3 本文研究的主要内容  19-20
2 液压成形实验机基本参数的确定  20-32
  2.1 试验件参数要求  20
    2.1.1 试验件材料的成形性能参数  20
    2.1.2 管坯几何参数  20
  2.2 数学模型的建立  20-23
    2.2.1 数学模型的基本假设  20-21
    2.2.2 坐标系的建立  21
    2.2.3 管坯液压鼓胀成形受力及几何关系  21-23
  2.3 试验机基本参数的计算及确定  23-32
    2.3.1 成形压力P_i的计算公式推导  23-25
    2.3.2 极限压力的计算公式推导及计算  25-28
    2.3.3 极限应变计算公式的推导及计算  28-29
    2.3.4 最大轴向进给力的计算  29-30
    2.3.5 合模力计算公式的推导及计算  30-31
    2.3.6 试验机主要技术参数的确定  31-32
3 试验机的总体结构方案  32-35
  3.1 试验机的功能需求分析  32
    3.1.1 试验机的工艺过程功能需求  32
    3.1.2 成形工艺方式选择需求  32
  3.2 试验机总体结构方案  32-34
  3.3 试验机总体方案的创新性  34-35
4 试验机主机结构设计及分析  35-60
  4.1 试验机主机的结构方案  35-37
    4.1.1 主机的作用  35
    4.1.2 主机的结构方案  35-36
    4.1.3 主机的受力分析  36-37
  4.2 工作台尺寸参数的优化及确定  37-40
    4.2.1 工作台厚度尺寸参数  37
    4.2.2 工作台尺寸参数的优化  37-40
  4.3 机架结构的设计与分析  40-44
    4.3.1 机架的结构设计  40
    4.3.2 机架的数值分析及结构改进  40-44
  4.4 立柱机构的设计及分析  44-49
    4.4.1 立柱的整体结构  44-45
    4.4.2 立柱最小直径的确定  45-46
    4.4.3 立柱结构数值模拟分析  46-47
    4.4.4 立柱缸固定板的数值分析及改进  47-49
  4.5 超高压缸的结构及主要参数计算  49-52
    4.5.1 超高压缸结构的确定  49
    4.5.2 超高压缸主要参数的计算  49-52
  4.6 超高压合模机构的设计及分析  52-53
    4.6.1 超高压合模机构的结构设计  52
    4.6.2 上梁板的数值分析  52-53
  4.7 进给机构的设计及分析  53-55
    4.7.1 进给机构的结构设计  53-54
    4.7.2 进给机构支座的数值分析  54-55
  4.8 锁模装置的设计  55-57
    4.8.1 锁模机构的设计  55-57
    4.8.2 辅助锁模保护机构的设计  57
  4.9 脱模顶出机构的设计  57-58
  4.10 辅助模具安装装置的设计  58-60
5 试验机液压系统的设计及仿真分析  60-78
  5.1 试验机液压系统的工作需求及基本参数的确定  60-61
    5.1.1 试验机液压系统的工作需求  60
    5.1.2 试验机液压系统基本参数的确定  60-61
  5.2 液压泵及工作电机的选择  61-62
    5.2.1 液压泵的选定  61
    5.2.2 液压泵所需电机的选择  61-62
  5.3 超高压进给回路系统设计  62-64
    5.3.1 回路系统的工作要求  62
    5.3.2 回路系统的工作原理  62-63
    5.3.3 主要液压元件的参数及选型  63-64
  5.4 合模控制回路设计  64-66
    5.4.1 回路工作要求  64-65
    5.4.2 回路系统的工作原理  65-66
    5.4.3 液压元件的参数及选型  66
  5.5 充液增压回路设计  66-68
    5.5.1 回路工作要求  66-67
    5.5.2 回路的工作原理  67
    5.5.3 主要元器件的选型  67-68
  5.6 锁模回路设计  68-69
    5.6.1 工作要求  68
    5.6.2 回路系统的工作原理  68-69
    5.6.3 液压元件的参数及选型  69
  5.7 模具润滑系统设计  69-71
    5.7.1 工作要求  69-70
    5.7.3 元器件的选择及技术参数  70-71
  5.8 液压系统的密封  71-72
    5.8.1 超高压系统的密封  71-72
    5.8.2 胀头密封设计  72
  5.9 合模液压系统同步仿真研究  72-74
    5.9.1 基于AMESim仿真模型的建立  72-73
    5.9.2 仿真结果及分析  73-74
  5.10 液压成形试验机液压系统总装图及元器件明细表  74-78
6 结论与展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况  84
附录B 攻读硕士学位期间参加的科学研究情况  84

高强度合金钢管材液压成形试验机的设计与开发

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