等壁厚螺旋管增量锻造成形工艺及其机理研究

摘要

随着石油、化工等工业快速发展，高效容积式螺杆泵作为一种新兴的人工举升方式，有着广阔的发展前景。作为螺杆泵的重要零件之一，等壁厚螺旋管的成形精度十分重要，但目前对于等壁厚螺旋管的成形研究甚少，加之在已有的成形工艺方法中，成形机构运动普遍复杂，设备及安装成本高，经济效益不够好，所以对于等壁厚螺旋管新成形工艺方案的研究十分必要。本文提出了一种增量锻造成形的工艺方案来成形等壁厚螺旋管。
　　本文采用两块模具来成形等壁厚螺旋管，运动机构简单，大大节约了设备成本。首先，对等壁厚螺旋管的几何形状进行了详细的数学分析，计算了当使用两块模具成形时单块模具的最大中心角度并对模具型腔结构进行封闭设计，避免了模具与坯料在脱模过程中发生干涉，使成形过程得以顺利进行。本文还设计了四因素四水平考虑交互作用的正交试验方案，基于有限元模拟方法来进一步研究成形工艺参数对等壁厚螺旋管锻后轴向收缩的影响。
　　计算结果表明，当单块模具有效成形区域中心角小于或等于140.7度时，模具与坯料不会发生干涉，成形后的螺旋管可顺利脱模。在成形过程中，模具预锻部分与终锻部分的临界截面附近，管坯的变形最为剧烈。模具开模后，已成形部分的螺旋管在轴向上的拉应力释放区域大于压应力，造成螺旋管最终在轴向有一定的收缩。
　　正交试验结果表明，坯料厚度t，模具导程p，模具预终锻比值q，单次送进长度l对螺旋管的轴向收缩有显著影响，其影响大小排序为t＞p＞q＞l；螺旋管的轴向收缩随着t，p，q的增大而增大，随着l的增大而减小。各个参数之间的交互作用对成形结果无显著性的影响，最优水平组合为t=6mm，p=400mm，q=1.05，l=40mm。
　　对于厚度为6mm，导程为400mm的螺旋管，当预终锻比值为1.05时，所设计的成形模具导程经二次优化应调整为406.8mm。有限元模拟结果与实验十分符合。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 螺旋管在螺杆泵中的应用及发展

1.3 等壁厚螺旋管成形技术的发展及现状

1.4 增量锻造成形的发展及现状

1.5 本文主要研究内容

2 等壁厚螺旋管增量锻造成形模具设计及工艺过程模拟

2.1 前言

2.2 有限元软件Simufact. Forming简介

2.3 螺旋管增量锻造成形模具设计

2.4 螺旋管增量锻造有限元模型的建立

2.5 有限元模拟结果与讨论

2.6 本章小结

3 正交试验设计

3.1 前言

3.2 正交试验设计理论基础

3.3 量化指标的选取

3.4 试验因素及水平值的确定

3.5 正交表的选择及表头设计

3.6 本章小结

4 正交试验结果及分析

4.1 前言

4.2 正交试验结果

4.3 极差分析

4.4 方差分析

4.5 本章小结

5 螺旋管增量锻造成形实验

5.1 最优工艺参数的确定

5.2 最优工艺参数组的实验验证

5.3 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文