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TP2内螺纹铜管成形工艺研究

作　者: 叶能永
导　师: 刘劲松
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 内螺纹铜管数值模拟工艺优化神经网络退火
分类号: TG62
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

二号磷脱氧铜（TP2）具有良好的导热性、耐腐性和可加工性能，因此被加工成内螺纹铜管广泛用于空调两器（热交换器和冷凝器）中。内螺纹铜管属于精密类器件，对于管坯外径、壁厚、齿高等尺寸有严格的公差要求。目前，加工内螺纹铜管的方法主要以滚珠旋压成形法为主，但是该方法也存在许多不足，如电机高速旋转，同时具有轧制、挤压、旋压等诸多特点，成形机理复杂，在成形过程中易产生多种缺陷。因此，有必要对TP2铜管的内螺纹成形工艺进行研究。本文在对内螺纹成形过程中螺纹芯头受力分析的基础上，采用有限元模拟软件MSC.Marc和Deform建立了内螺纹成形滚珠旋压有限元模型，分析了内螺纹成形过程中金属的流动规律和折叠、缺口缺陷产生的原因，模拟结果表明：齿槽左侧圆角处的金属周向位移和轴向位移最小，填充效果最好，齿槽中心位置的金属次之，而右侧圆角处的金属周向和轴向位移最大，填充效果最差；导致折叠和缺口缺陷产生的主要工艺参数有电机转速、拉拔速度和旋压位置三个。完成了TP2内螺纹成形工艺实验。通过内螺纹成形实验分别分析了电机转速、拉拔速度和旋压位置对内螺纹成形质量的影响规律，并采用正交实验设计方法对φ7.00×0.24（外径×壁厚）规格铜管的主要工艺参数进行了优化，实验结果表明：齿高随拉拔速度的增大而增大，随旋压位置和电机转速的增大反而减小；而折叠深度则随拉拔速度、电机转速和旋压位置的增大，均有一个先减小后增大的过程；对于φ7.00×0.24规格铜管而言，其最优工艺参数为电机转速23000r/min，拉拔速度30m/min，旋压位置应控制在距离螺纹芯头中心位置大约1mm处。建立了基于遗传算法的BP神经网络，预测了在不同工艺参数条件下内螺纹齿高的成形情况，结果表明基于遗传算法的BP神经网络已基本具备生产所需的精度要求。此外，还采用流体分析软件Fluent建立了Junker辊底式退火炉二维有限元模型，分析了炉内温度场和流场的分布情况，以及退火炉纵向上气体温差和铜盘管内部内外侧温差产生的原因，并提出了相应的改进措施。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-13
第1章绪论  13-20
  1.1 引言  13-14
  1.2 TP2 内螺纹铜管成形工艺  14-16
  1.3 TP2 铜管内螺纹成形工艺的研究现状  16-17
  1.4 TP2 铜管退火炉温度场和流场的研究现状  17-18
  1.5 课题的来源、意义和主要研究内容  18-19
    1.5.1 课题的来源和意义  18-19
    1.5.2 课题的主要研究内容  19
  1.6 本章小结  19-20
第2章内螺纹模拟与优化的基本理论  20-28
  2.1 有限元模拟基本理论  20-22
  2.2 BP 神经网络优化基本理论  22-27
    2.2.1 BP 神经网络计算步骤  23-24
    2.2.2 BP 神经网络的优化  24-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章 TP2 铜管内螺纹成形有限元模拟  28-44
  3.1 内螺纹成形有限元模型的建立  28-31
    3.1.1 材料模型的建立  28
    3.1.2 几何模型的建立  28-30
    3.1.3 边界条件的确定  30-31
  3.2 内螺纹成形有限元模拟结果分析  31-42
    3.2.1 成形时的金属流动规律  31-36
    3.2.2 缺口的形成过程分析  36-37
    3.2.3 折叠的形成过程分析  37-42
  3.3 本章小结  42-44
第4章内螺纹成形工艺参数优化的实验研究  44-53
  4.1 内螺纹成形实验方案  44-46
    4.1.1 实验材料  44
    4.1.2 实验设备  44-45
    4.1.3 实验方法  45-46
  4.2 实验结果分析  46-50
    4.2.1 旋压位置对成形质量的影响  46-47
    4.2.2 电机转速对成形质量的影响  47-49
    4.2.3 拉拔速度对成形质量的影响  49-50
  4.3 主要工艺参数优化  50-52
  4.4 本章小结  52-53
第5章 BP 神经网络在内螺纹成形质量预测中的应用  53-61
  5.1 BP 神经网络模型的构建  53-58
    5.1.1 网络结构的确定  53-54
    5.1.2 网络原始数据的处理  54-55
    5.1.3 网络传递函数的选择  55-56
    5.1.4 网络训练函数的选择  56-57
    5.1.5 网络权值的初始化  57-58
    5.1.6 学习率的确定  58
    5.1.7 遗传算法选择、交叉率和变异率的确定  58
  5.2 网络训练及测试分析  58-60
  5.3 本章小结  60-61
第6章 Junker 退火炉温度场和流场的数值模拟研究  61-71
  6.1 气体流动与换热模型的理论基础  63-66
    6.1.1 流体动力学控制方程  63-64
    6.1.2 RNG kω湍流模型  64-65
    6.1.3 SIMPLE 算法  65-66
  6.2 炉内气体流场和温度场的数值模拟  66-68
    6.2.1 网格划分结果  66-67
    6.2.2 边界条件处理  67-68
  6.3 温度场和流场的模拟与分析  68-70
  6.4 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-78
攻读学位期间发表的论文和所取得的科研成果  78-79
致谢  79-80

TP2内螺纹铜管成形工艺研究

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