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基于有限元的精锻机锤头再制造技术与工艺研究

作　者: 曹敏曼
导　师: 辛志杰
学　校: 中北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 精锻机再制造堆焊有限元温度场应力场锤头
分类号: TG315
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着工业的发展，政府和越来越多的企业倡导发展循环经济，再制造成为企业生产不可缺少的部分。径向锻造机锤头为径向锻造机的核心部件，其工作环境差，表面易产生磨损。进口锤头的价格昂贵，因此对锤头进行再制造修复极其重要，通常采用堆焊手段进行修复。锤头由“基体+过渡层+表面层”三种材料组成，并由堆焊的方法焊接熔合。本文首先回顾了精锻机及再制造技术的国内外发展趋势，并对焊接有限元技术的发展作了回顾，总结了ANSYS有限元软件的分析步骤，焊接有限元的数值模拟是分析焊接过程的应力变形的重要手段。本文制定了锤头坯体的制造工艺，为企业自制锤头提供了理论依据。根据锤头的工作情况，利用ANSYS有限元软件结构分析功能分析锤头工作中的受力变形情况，从理论上得到锤头在工作中的变形磨损主要为顶面磨损。采用再制造堆焊手段对磨损后的锤头进行修复。锤头基体材料为56NiCrMoV7，工作层材料为高温合金GH520，采用ANSYS软件及APDL语言编程对表面层堆焊进行数值模拟。在此基础上模拟了不同工艺参数下，堆焊层的温度场变化情况，分析得知，不同的预热温度对节点的最高温度有影响，且预热温度越高，节点的最高温度越高，不同的焊接速度对材料的熔敷有一定的影响，当焊接速度增大时，节点温度降低。当焊接速度过大时，会使温度降低，使得表层高温合金与过渡层不能够很好的进行熔敷，容易导致裂纹的产生，直接影响焊接质量。将焊接温度场分析结果作为载荷进行堆焊应力场分析，采用ANSYS间接热力耦合法进行。分析出在焊接热源移动方向，表现为拉应力，离热源较近区域，热应力较大，垂直焊接热源移动方向，焊接起始端表现为压应力，并逐渐变为拉应力，最后达到平衡。按照指定的锤头制造工艺及堆焊工艺，将制造后的锤头应用到晋西车轴厂的生产中发现，锤头使用状况良好，且用堆焊技术修复后的锤头在工作中同样满足生产需要，通过再制造手段能够节约材料，为企业减少成本。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-19
  1.1 前言  10-12
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  12-14
    1.2.1 精锻机发展  12-13
    1.2.2 再制造技术发展  13-14
  1.3 焊接有限元的研究与发展  14-16
  1.4 课题研究内容及意义  16-19
    1.4.1 课题来源及选题意义  16-17
    1.4.2 课题的研究内容  17-19
2 精锻机锤头堆焊再制造工艺方法  19-33
  2.1 GFM 精锻机  19-21
    2.1.1 精锻机工作原理  19-20
    2.1.2 精锻机工作技术参数  20-21
  2.2 锤头坯体加工工艺过程  21-25
  2.3 锤头失效情况分析  25-27
  2.4 再制造堆焊技术  27-31
    2.4.1 锤头的堆焊工艺  27-30
    2.4.2 堆焊工艺参数  30-31
  2.5 本章小结  31-33
3 堆焊过程的温度场模拟  33-55
  3.1 焊接有限元特点  33
  3.2 焊接结构应力变形的有限元法  33-35
  3.3 堆焊过程模拟的基本理论  35-39
    3.3.1 焊接传热问题理论  35-36
    3.3.2 焊接热弹塑性分析理论  36
    3.3.3 焊接热源模型  36-39
  3.4 焊接温度场的数值模拟  39-44
    3.4.1 模型的建立  39-40
    3.4.2 材料参数  40-42
    3.4.3 单元类型选择  42
    3.4.4 网格划分  42-43
    3.4.5 载荷的加载  43-44
  3.5 温度场结果分析  44-47
  3.6 不同工艺下结果分析  47-53
    3.6.1 不同的预热温度下温度场分析  47-49
    3.6.2 不同焊接速度下温度场分析  49-53
  3.7 本章小结  53-55
4 焊接残余应力场数值模拟  55-63
  4.1 焊接应力变形的产生  55-56
  4.2 残余应力的分类  56
  4.3 焊接残余应力分析  56-61
    4.3.1 热力耦合分析理论  56-58
    4.3.2 堆焊层残余应力数值模拟  58-61
  4.4 残余应力的减小措施  61-62
  4.5 本章小结  62-63
5 堆焊修复技术在生产中的应用  63-68
  5.1 精锻机锻造过程  63-64
  5.2 锤头堆焊技术的应用  64-66
    5.2.1 锤头堆焊技术  64-65
    5.2.2 锤头堆焊结果  65-66
  5.3 锤头使用情况  66-67
  5.4 本章小结  67-68
6 总结与展望  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果  74-75
致谢  75-76

基于有限元的精锻机锤头再制造技术与工艺研究

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