身管径向锻造过程解析分析与数值模拟

论文摘要

径向锻造是一种开放式锻造工艺,擅长加工长轴类零件及具有内部形状的管状零件,如枪管膛线等。径向锻造技术作为身管制造的一种方法,由于残余压缩应力的存在,可以提高身管的强度和疲劳性能。由于身管径向锻造工艺涉及的物理过程较为复杂,工艺参数数目较多,因此应用解析法和数值法对其工艺过程进行分析是非常必要的。运用解析法建立了径向锻造过程力学方程、应变方程及变形方程,通过具体实例分析了线膛精锻过程中工艺参数对锻打力的影响,利用前人的实验数据验证了解析解的准确性。应用Abaqus软件建立了二维径向锻造有限元模型,研究了线膛径向锻造过程中的金属流动情况和变形情况,分析了锻件的应变及残余应力分布状况,提出了夹持压强下限的选取原则。应用Abaqus软件建立了三维径向锻造有限元模型,研究了金属径向、周向、轴向流动情况；对二维、三维两种模型之间的锻打力换算方法以及主轴转速对锻打力的影响进行探讨。结合解析法和有限单元法,对工件和弹性杆构成的旋转振动系统进行数学建模,分析了锻造过程中工件的旋转运动状态,讨论了弹性杆扭转刚度的选取原则,为实际加工过程弹性杆的选取和设计提供理论依据。建立了膛线成型的有限元模型,研究了金属嵌入膛线沟槽过程的金属流动情况,讨论了心轴结构及锻造比对膛线成型的影响,为实际加工过程工艺参数的选取提供依据。结合Fatigue软件对锤头、心轴的使用寿命及疲劳特性进行分析,研究了模具的应力状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 径向锻造工艺简介
• 1.3 径向锻造技术研究状况
• 1.3.1 径向锻造技术国外研究状况
• 1.3.2 径向锻造技术国内研究状况
• 1.4 软件介绍
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 2. 身管径向锻造过程解析性分析
• 2.1 身管径向锻造过程变形区应力分析
• 2.1.1 下沉段应力方程求解
• 2.1.2 锻造段应力方程求解
• 2.1.3 整形段应力方程求解
• 2.2 身管径向锻造过程变形分析
• 2.3 身管径向锻造过程应变方程求解
• 2.3.1 下沉段应变方程求解
• 2.3.2 锻造段应变方程求解
• 2.3.3 整形段应变方程求解
• 2.4 身管夹持压力上限选取
• 2.5 算例求解
• 2.5.1 工艺参数
• 2.5.2 中性面位置求解
• 2.5.3 锻打力及摩擦力求解
• 2.5.4 变形过程分析
• 2.5.5 身管夹持压力上限计算
• 2.6 工艺参数影响分析
• 1对锻打压强的影响'>2.6.1 身管与锤头间摩擦系数m₁对锻打压强的影响
• 2对锻打压强的影响'>2.6.2 身管与心轴间摩擦系数m₂对锻打压强的影响
• 2.6.3 锻造比对锻打力的影响
• 2.6.4 夹持压强对锻打力的影响
• 2.6.5 锤头下沉段压入角α对锻打力的影响
• 2.7 计算结果可靠性验证
• 2.8 本章小结
• 3. 身管径向锻造工艺二维有限元数值模拟
• 3.1 身管材料30SiMn2MoVA机械性能测试
• 3.2 身管精锻二维有限元数值模拟
• 3.2.1 二维有限元模型建立
• 3.2.2 中性面位置求解
• 3.2.3 径向锻打压强分布及锻打力求解
• 3.2.4 变形过程分析
• 3.2.5 应变分析
• 3.2.6 残余应力分析
• 3.2.7 夹持力下限选取问题
• 3.3 本章小结
• 4. 身管径向锻造工艺三维有限元数值模拟
• 4.1 身管精锻三维有限元模型建立
• 4.2 身管变形特点分析
• 4.3 三维模型锻打力分析
• 4.3.1 三维模型锻打力求解
• 4.3.2 三维模型与二维模型的锻打力换算研究
• 4.3.3 主轴转速对锻打力的影响
• 4.4 本章小结
• 5. 身管径向锻造过程旋转振动分析
• 5.1 径向锻造过程身管旋转振动方程建立
• 5.2 结果对比及弹性杆的选取原则讨论
• 5.2.1 结果对比
• 5.2.2 弹性杆的选取原则讨论
• 5.3 本章小结
• 6. 身管径向锻造过程膛线成型材料流动分析
• 6.1 身管膛线成型有限元模型建立
• 6.1.1 身管网格划分
• 6.1.2 有限元模型建立
• 6.2 膛线成型过程金属流动情况分析
• 1及锻造比对膛线成型的影响'>6.3 心轴成型角β₁及锻造比对膛线成型的影响
• 1对膛线成型的影响'>6.3.1 心轴成型角β₁对膛线成型的影响
• 6.3.2 锻造比对膛线成型的影响
• 6.4 本章小结
• 7. 身管径向锻造过程锤头与心轴疲劳分析
• 7.1 疲劳分析模型建立
• 7.2 锤头应力与寿命分析
• 7.3 心轴应力与寿命分析
• 7.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录