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车轴快锻精确成形工艺参数优化与质量控制研究

作　者: 孙瑞环
导　师: 宋建丽
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 快锻机列车轴工艺方法工艺参数质量控制
分类号: U463.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

车轴作为车辆行走的关键部件之一，其质量的好坏严重影响着铁路运输安全和国民经济的发展。列车车轴属于大型轴对称阶梯状轴类零件，要求具有较高的机械性能、工作可靠性和内部组织性能，而达到这种要求必须通过合理的锻造工艺来改善坯料中的偏析、疏松、缩孔和微裂纹等缺陷，最终得到所需的尺寸精度和内部质量的成形锻件。本文基于快锻机采用圆弧型砧一次成形（中途不换砧、不加热）车轴的锻造工艺思路，借助于DEFORM-3D软件对车轴成形砧座结构优化、工艺方法、工艺参数的选择进行了研究，并对车轴快锻成形的全工序进行了数值模拟。砧座结构优化主要分析了过渡圆角半径对工件接砧处表面下凹缺陷的影响，确定了较为合理的圆角半径。对工艺参数的数值模拟结果表明，考虑各工序下压下率、相对送进量和翻转角度对材料应力应变、心部压实、损伤、尺寸精度的影响，得出了采用相对压下率为15%25%，相对送进量为0.6，滚圆过程采用翻转角度为45时，锻件整体质量较好，产生的应力状态有利于缺陷改善。然后在此基础上，制定了车轴的成形工艺，对车轴整个成形过程进行模拟分析；结果表明，在既定的锻造温度区间可以完成锻造，按照制定的成形工艺锻制的车轴截面尺寸精度和轴向尺寸均满足技术要求。通过对最终锻件的应力应变状态、同轴度、压实情况和流线分布分析，理论上验证锻造工艺及工艺参数的合理性。为实际生产提供了理论依据。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-15
  1.1 课题的研究背景与意义  11-12
  1.2 车轴成形工艺及国内外研究进展  12-14
  1.3 研究内容及技术路线  14-15
第二章快速锻造成形理论  15-21
  2.1 快锻机工作原理、特点及用途  15-16
    2.1.1 快速锻造工作原理  15-16
    2.1.2 快速锻造特点  16
    2.1.3 快速锻造机的用途  16
  2.2 快锻锻造机的分类及主要技术参数  16-18
    2.2.1 快速锻造机的分类  16-17
    2.2.2 快速锻造机的主要技术参数  17-18
  2.3 车轴锻造时的变形分析  18-21
第三章车轴锻造数值模拟模型建立  21-36
  3.1 坯料模型和模具模型的建立  21-22
  3.2 LZ50 钢材料模型  22-31
    3.2.1 材料的热物性参数测定  23-26
    3.2.2 锻造温度区间的确定  26-27
    3.2.3 应变速率的确定  27-31
  3.3 模拟前处理参数设定  31-34
    3.3.1 压下速度的确定  31
    3.3.2 摩擦系数的确定  31-33
    3.3.3 温度参数的设定  33
    3.3.4 模拟参数设定  33-34
  3.4 本章小结  34-36
第四章车轴快锻成形工艺参数确定  36-59
  4.1 圆弧砧与平砧倒棱滚圆对比  36-39
    4.1.1 有限元模型建立  36-37
    4.1.2 模拟结果分析  37-39
  4.2 圆弧砧砧型结构优化数值模拟  39-41
    4.2.1 有限元模型建立  39
    4.2.2 过渡圆角半径值对锻件表面质量的影响  39-41
  4.3 压下率对成形质量的影响  41-52
    4.3.1 有限元建模  42
    4.3.2 压下率对应力的影响  42-49
    4.3.3 压下率对心部压实的影响  49-51
    4.3.4 压下率对材料损伤的影响  51-52
  4.4 相对送进量对成形质量的影响  52-56
    4.4.1 相对送进量对应力应变分布影响  53-54
    4.4.2 相对送进量对压实效果的影响  54-55
    4.4.3 相对送进量对椭圆度的影响  55-56
  4.5 本章小结  56-59
第五章车轴锻造过程模拟分析与质量控制  59-79
  5.1 倒棱滚圆过程数值模拟  59-64
    5.1.1 有限元模型建立  59-60
    5.1.2 模拟结果分析  60-64
  5.2 成形过程数值模拟  64-71
    5.2.1 轴身成形过程模拟  64-66
    5.2.2 轴端成形过程模拟  66-71
  5.3 锻件质量控制研究  71-76
    5.3.1 截面尺寸分析  72-73
    5.3.2 端口分析  73-74
    5.3.3 锻件成形形状分析  74-75
    5.3.4 压实性分析  75
    5.3.5 锻件流线分析  75-76
  5.4 本章小结  76-79
第六章结论与展望  79-81
  6.1 结论  79
  6.2 展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
攻读学位期间参加的项目和发表的论文  87-88

车轴快锻精确成形工艺参数优化与质量控制研究

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