铬锆铜棒料复合加压精密剪切试验研究及工装结构设计

摘要

点焊机的铬锆铜电极帽通常采用精密挤压完成毛坯的加工,规格多、批量大,后续加工余量极小,因而对棒料下料断面质量要求较高。由于铬锆铜棒料强度和硬度高,塑性差,目前常采用锯切下料,虽端面质量可满足要求,但下料效率较低,且有锯口损耗,断面易产生需后续处理的毛刺,因此加工成本高居不下。普通模具剪切下料方法材料浪费少,生产率高,模具结构简单,但剪切断面易产生较为严重的斜度、压塌和撕裂等问题,无法满足精密成形的要求。鉴于此,本文采用了径向夹紧轴向加压复合约束精密剪切工艺方法,对铬锆铜棒料精密剪切工艺进行了进一步的探索和研究。
　　 本文对低塑性铬锆铜棒料复合加压精密剪切原理及工艺进行了研究和分析,阐明了影响该精密剪切断面质量的主要因素及控制要点。论文在大量试验的基础上,从试样剪切断面宏观质量、微观形貌等方面作了对比分析,证实在适宜的工艺条件下,实现棒料径向夹紧轴向加压精密剪切方法的可行性,并对该精密剪切工艺原理进行了探讨,最后针对这种剪切工艺的特点和要求,进行了精密剪切模具和主要零部件的结构设计。剪切系统采用了PLC控制技术对机械、液压部分进行控制,实现棒料的自动定长送进和夹紧加压剪切,提高了工装的生产效率及使用性能。
　　 研究结果表明,影响低塑性铬锆铜棒料精密剪切断面质量的主要因素有径向夹紧力、轴向压力和剪切间隙等,这些参数的变化最终都将直接或间接反应到剪切区材料的受力状况,要实现纯塑性光滑剪切,剪切区材料必须至始至终处于三向压应力状态。试验过程中发现,在施加的径向夹紧力为0.85～0.90倍剪切力条件下,棒料断面保持了良好的圆整度,压塌轻微；当轴向压力达到85％～90％σs时,撕裂现象得以抑制,获得了平整光滑的纯塑性剪切面；此外,在整个剪切过程中,轴向必须始终保持0间隙。复合加压精密剪切获得的断面平整光滑,倾斜度可控制在5’内,椭圆度可控制在5％内,完全满足冷挤压等精密成形工艺对棒料毛坯剪切质量的要求。
　　 本课题的研究结果表明了径向夹紧轴向加压精密剪切工艺合理,可为低塑性棒料的精密下料及工装设计提供理论和实践指导,解决了传统下料工艺存在的断面质量差、生产效率低和材料浪费严重等问题,对促进棒料精密剪切技术的推广和应用有积极作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 国内外精密剪切的研究动态

1.3 本课题的研究内容、意义及方法

第二章 棒料剪切试验及断面分析

2.1 试验材料、设备

2.1.1 试验材料的选择及要求

2.1.2 试验设备及仪器

2.2 试验方案设计及剪切流程

2.3 试样断面宏观分析

2.3.1 径向夹紧力对剪切质量的影响

2.3.2 轴向压力对剪切质量的影响

2.3.3 径向夹紧轴向加压剪切断面形貌

2.3.4 轴向间隙对剪切质量的影响

2.3.5 剪切速度对断面质量的影响

2.3.6 毛坯长径比对剪切质量的影响

2.3.7 棒料直径对剪切断面的影响

2.3.8 热处理状态对精密剪切断面质量的影响

2.4 剪切断面微观分析

2.4.1 金属材料的断裂类型

2.4.2 剪切断面光滑区微观形貌

2.4.3 剪切断面光滑与撕裂过渡区域的微观形貌

2.4.4 撕裂区微观形貌及形成原因分析

2.4.5 显微应力分布

2.4.6 剪切应变分析

2.5 本章小结

第三章 复合加压精密剪切变形过程及机理探讨

3.1 影响精密剪切质量的因素分析

3.1.1 材料的受力状态

3.1.2 剪切速度

3.1.3 轴向间隙

3.1.4 毛坯长径比(1/d)

3.1.5 模具结构与剪刃的锋利程度

3.2 剪切变形过程分析

3.2.1 工艺力的特点

3.2.2 剪切变形过程三阶段

3.2.3 变形区划分及力学分析

3.3 剪切机理探讨

3.3.1 复合加压精密剪切过程

3.3.2 裂纹产生机理分析

3.4 本章小结

第四章 复合加压精密剪切模具设计及PLC

4.1 精密剪切模的要求

4.2 复合加压精密模具结构设计及工作过程

4.2.1 棒料夹紧的实现

4.2.2 轴向加压的实现

4.2.3 斜楔的结构特点

4.2.4 模具总体结构设计及工作过程

4.3 设计和制造要点

4.3.1 模具主要参数及材料选择

4.3.2 刀片设计与制造

4.4 PLC在棒料精密剪系统上的应用

4.4.1 PLC可编过程控制器基础知识

4.4.2 剪切控制过程及定长送进的实现

4.4.3 剪切系统控制原理

4.4.4 棒料精密剪切系统PLC编程步骤

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文