本文關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸過(guò)程有限元仿真分析及工藝參數(shù)優(yōu)化

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【摘要】：超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸是一種在傳統(tǒng)冷拔過(guò)程中疊加超聲振動(dòng)能的傳動(dòng)軸冷拔工藝。本課題主要針對(duì)傳統(tǒng)冷拔傳動(dòng)軸精度不高(低于IT8)、模具磨損快、表面質(zhì)量差等缺點(diǎn),通過(guò)疊加超聲振動(dòng)以減摩降載實(shí)現(xiàn)精密冷拔,使產(chǎn)品能夠直接裝配軸承使用。本文是在預(yù)處理工藝(酸洗、中和、磷化、皂化等)和冷拔模具結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化條件下,對(duì)超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸進(jìn)行有限元仿真分析、工藝參數(shù)優(yōu)化、以及對(duì)超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。以冷拔Φ50mm的45鋼傳動(dòng)軸為研究對(duì)象,采用“同步加載,多步求解”方式施加縱向載荷,利用ANSYS Workbench和Pro/E分別對(duì)常規(guī)和超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬仿真分析,結(jié)果表明:超聲振動(dòng)可以有效減小冷拔力和摩擦力,但摩擦力的減小程度明顯不如拉拔力,這主要是由于疊加超聲振動(dòng)后冷拔模具和工件之間的斷續(xù)接觸和高速?zèng)_擊起到的減摩降載作用造成的;超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸的摩擦力比常規(guī)冷拔摩擦力小,且定徑區(qū)摩擦力都大于減徑區(qū)摩擦力;另外超聲振動(dòng)對(duì)減徑區(qū)作用比定徑區(qū)明顯。采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸的三個(gè)主要工藝參數(shù)(冷拔速度、頻率、振幅)進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì),結(jié)果表明:三個(gè)主要工藝參數(shù)對(duì)超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸的影響次序?yàn)?振幅影響最大,振動(dòng)頻率影響次之,冷拔速度影響相對(duì)較小;優(yōu)化后得到的最佳工藝參數(shù)組合為:振幅A=0.06mm、振動(dòng)頻率f=40k Hz、冷拔速度V=9m/min。對(duì)優(yōu)化參數(shù)條件下的仿真結(jié)果與常規(guī)冷拔仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明:冷拔力的平均值、減徑區(qū)接觸壓應(yīng)力和定徑區(qū)接觸壓應(yīng)力分別比常規(guī)狀態(tài)下減少43.39%、15.30%、11.87%。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)模胚選用冷拔Φ9.6mm的棒材為研究對(duì)象,以L(fǎng)W30冷拔機(jī)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用Pro/E軟件對(duì)超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)中采用“中空式”的換能器與變幅桿、“內(nèi)嵌式”的模具固定方式等,采用這種設(shè)計(jì)可使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,更利于超聲振動(dòng)裝置的安裝與調(diào)整。
【關(guān)鍵詞】：超聲振動(dòng) 冷拔 冷拔力 傳動(dòng)軸 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG356
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 研究的背景、目的和意義13
• 1.2 超聲振動(dòng)冷拔技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 作用機(jī)理研究13-15
• 1.2.2 建模與仿真研究15
• 1.2.3 試驗(yàn)研究15-17
• 1.3 研究方案17-19
• 1.3.1 課題來(lái)源17
• 1.3.2 本文研究的主要內(nèi)容17-18
• 1.3.3 本文的創(chuàng)新點(diǎn)18-19
• 第二章 超聲振動(dòng)冷拔理論19-25
• 2.1 超聲振動(dòng)冷拔19-20
• 2.1.1 超聲振動(dòng)冷拔的概述19
• 2.1.2 超聲振動(dòng)冷拔工藝的特點(diǎn)19-20
• 2.2 超聲振動(dòng)對(duì)冷拔過(guò)程的作用機(jī)理 666520-22
• 2.3 冷拔力的計(jì)算22-24
• 2.3.1 常規(guī)冷拔力的計(jì)算22
• 2.3.2 超聲振動(dòng)冷拔的理論分析及冷拔力計(jì)算22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸過(guò)程有限元仿真分析25-41
• 3.1 彈塑性有限元的基本理論25-26
• 3.1.1 塑性成形的非線(xiàn)性問(wèn)題25
• 3.1.2 彈塑性有限元分析的力學(xué)基礎(chǔ)25-26
• 3.2 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸模擬仿真的可行性分析26-27
• 3.2.1 ANSYS Workbench簡(jiǎn)介26
• 3.2.2 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸模擬仿真的可行性26-27
• 3.3 冷拔傳動(dòng)軸的模擬仿真方案27-28
• 3.4 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸有限元模型建立28-30
• 3.4.1 簡(jiǎn)化與假設(shè)28
• 3.4.2 冷拔材料屬性的定義28
• 3.4.3 幾何模型的建立28-29
• 3.4.4 定義接觸對(duì)29-30
• 3.4.5 有限元模型網(wǎng)格劃分30
• 3.5 超聲振動(dòng)與常規(guī)冷拔傳動(dòng)軸過(guò)程有限元對(duì)比仿真分析30-39
• 3.5.1 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸過(guò)程有限元仿真30-33
• 3.5.2 常規(guī)冷拔傳動(dòng)軸過(guò)程有限元仿真33
• 3.5.3 仿真結(jié)果與分析33-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第四章 基于有限元分析的超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸工藝參數(shù)優(yōu)化41-51
• 4.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法概述41
• 4.2 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸工藝參數(shù)的正交實(shí)驗(yàn)41-44
• 4.2.1 工藝參數(shù)的選取41-42
• 4.2.2 工藝參數(shù)范圍的確定42
• 4.2.3 冷拔質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定42
• 4.2.4 正交表的選擇與設(shè)計(jì)42-43
• 4.2.5 實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)結(jié)果43-44
• 4.3 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析44-47
• 4.3.1 極差分析44-45
• 4.3.2 方差分析45-47
• 4.4 優(yōu)化參數(shù)下的模擬對(duì)比分析47-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 第五章 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)51-59
• 5.1 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸實(shí)驗(yàn)裝置的組成51
• 5.2 超聲振動(dòng)系統(tǒng)的確定51-55
• 5.2.1 超聲波發(fā)生器的選用51-52
• 5.2.2 振動(dòng)系統(tǒng)材料的選擇52-53
• 5.2.3 超聲波換能器的設(shè)計(jì)53-55
• 5.3 超聲振動(dòng)冷拔傳動(dòng)軸裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)55-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果67-69
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間參與的項(xiàng)目67-69
• 致謝69

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