内螺纹低频振动冷挤压成形技术研究

摘要

目前伴随着现代工业的迅猛发展，螺纹联接类零件已经广泛应用于机械制造、仪器仪表制造、船舶及航空航天工业中，且越来越多的应用于高速度、大载荷及动载荷等情况下。因此，对螺纹联接类零件的强度、硬度、精度及表面质量提出了更高的要求。内螺纹冷挤压加工利用了金属的塑性变形理论，确保了成形后的内螺纹牙形表层金属组织纤维的连续性，从而可以充分满足对螺纹联接类零件的更高要求。但内螺纹冷挤压加工仍然存在挤压温度和挤压扭矩高、冷却润滑液不易进入挤压区和挤压丝锥易磨损及折断等问题。本文针对现有内螺纹冷挤压加工中普遍存在的问题，通过将振动加工技术引入到内螺纹冷挤压加工中，以达到改善现有挤压区恶劣挤压环境的目的。本文完成的主要工作和取得的成果如下：
　　（1）结合现有的传统内螺纹冷挤压加工原理和振动加工原理建立了内螺纹低频振动冷挤压加工原理。通过该原理分析了低频振动冷挤压可以有效减小挤压丝锥同工件底孔材料之间的摩擦的原因。由于传统内螺纹冷挤压加工过程中挤压丝锥对工件底孔材料产生的高挤压力作用，使得冷却润滑液大部分被挤出挤压区，从而造成挤压丝锥同工件底孔材料之间的摩擦成为干摩擦。这大大增加了挤压丝锥的磨损，同时带来了挤压温度和挤压扭矩的增大，并且使挤压丝锥极易折断。而内螺纹低频振动冷挤压由于挤压丝锥的有规律的振动，使得挤压丝锥不是一直处于同工件底孔材料的接触状态，因此使得被封存在挤压丝锥棱齿间凹槽处的冷却润滑液重新回到挤压区，形成边界润滑膜。将干摩擦变为了边界摩擦，从而大大减小了挤压丝锥的磨损，进而减小了挤压温度和挤压扭矩，提高挤压丝锥的使用寿命。
　　（2）根据内螺纹低频振动冷挤压加工原理和现有内螺纹冷挤压加工环境，确定了振动加工装置施加振动的方式和所施加振动频率的范围。设计内螺纹低频振动冷挤压振动加工装置，保证振动源处产生的振动能有效地、稳定地传递到挤压丝锥上，从而实现挤压丝锥沿其主挤压方向上的低频振动冷挤压加工。
　　（3）对设计的内螺纹低频振动冷挤压振动加工装置进行模态分析并进行结构改进。由所提取的前12阶模态的振型可知，该振动加工装置的振动变形主要为振动加工装置整体的振动变形和振动板的振动变形两类。因此，可以通过在底座增设加强筋和增大底座壁厚来达到增加该振动加工装置整体刚度的目的。
　　（4）对设计的内螺纹低频振动冷挤压振动加工装置进行动力学仿真分析。通过对该装置进行动力学分析可以得到不同激振参数下对振动板位移和振动杆角位移的变化规律，从而可以指导内螺纹低频振动冷挤压试验。
　　（5）充分利用LabVIEW软件和MATLAB软件各自的优势来混合设计开发了一个信号分析软件，并且该软件最终通过实验验证表明，可以十分方便的完成信号的分析处理。
　　（6）通过内螺纹低频振动冷挤压试验在三种振动工艺参数条件下分别对内螺纹冷挤压的影响可知：随着激振频率的不断增大，挤压丝锥棱齿同工件底孔材料在单位时间内的摩擦次数也在不断增多，使得挤压扭矩也不断增大；随着激振力的不断增大，挤压扭矩呈现为先减小后增大的趋势；随着激振力臂的不断增大，挤压扭矩总体呈不断增大的趋势；在其它工艺参数相同条件下，低频振动冷挤压内螺纹可以进一步提高内螺纹的牙高率和改善牙顶处的缺陷，同时还可以进一步提高内螺纹表层显微硬度和获得更好的表面形貌。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2内螺纹冷挤压加工技术的研究现状

1.3振动加工技术的研究现状

1.4振动攻丝的研究现状

1.5本文主要研究内容

第二章 内螺纹低频振动冷挤压振动加工装置设计

2.1内螺纹冷挤压成形加工原理

2.2内螺纹低频振动冷挤压加工原理

2.3内螺纹低频振动冷挤压振动加工装置设计

2.4本章小结

第三章 振动加工装置模态分析及动力学仿真

3.1振动加工装置模态分析

3.2振动加工装置动力学仿真分析

3.3 本章小结

第四章 内螺纹低频振动冷挤压信号分析软件的设计

4.1内螺纹低频振动冷挤压信号分析方法

4.2内螺纹低频振动冷挤压信号分析软件设计

4.3本章小结

第五章 内螺纹低频振动冷挤压试验研究

5.1振动加工装置振动衰减试验

5.2内螺纹低频振动冷挤压试验材料与方法

5.3内螺纹低频振动冷挤压振动工艺参数的优化研究

5.4内螺纹低频振动冷挤压同传统内螺纹冷挤压试验对比

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文