基于FEM模拟技术的黄铜阀体锻造成形模具设计及工艺分析

摘要

铜的最大特点是具有很高的导电、导热性能，以及良好的耐蚀性。但是，工业纯铜的强度不高，因而限制了它作为结构材料的使用。为了提高铜的强度，并赋予特殊的性能，在铜中加人适量的合金元素，从而获得铜合金。铜合金具有较高的强度、韧性、耐磨性以及良好的导电、导热性能，特别是在空气中耐腐蚀，因此，在电力、仪表、船舶等工业中得到了广泛的应用。一些要求强度高、耐热、耐压又耐蚀的轴类、凸缘类和阀体类零件都用钢合金锻件来制造。 系统地介绍了体积成形有限元模拟基本理论、有限元模拟系统的组成和发展过程，并简单介绍了目前国内外商品化的体积成形有限元模拟软件。根据济南尼克焊接技术有限公司的产品特点，选择三维体积成形有限元模拟软件Deform3D作为研究工具。 详细介绍了铜合金锻造成形的特点，分析了铜合金锻造过程中容易产生的缺陷，针对每一种缺陷，系统地介绍了相应的对策，另外，还介绍了铜合金锻造的一般工艺过程。 根据节流阀阀体的结构特点，确定了三套锻造成形方案：开式无飞边模锻工艺、开式有飞边模锻工艺和闭式模锻工艺。利用三维体积成形有限元模拟软件Deform3D对这三套成形工艺的成形过程进行了系统地分析，研究了毛坯尺寸对节流阀阀体成形质量的影响，并根据模拟结果选择了合理的毛坯尺寸。根据有限元分析的结果，确定了锻造毛坯的尺寸及锻造成形的载荷，制订了合理的成形方案，为节流阀阀体的锻造生产提供了一定的指导。 根据调节阀阀体的结构特点，确定了两套锻造成形方案：开式有飞边模锻工艺和闭式模锻工艺。利用三维体积成形有限元模拟软件Deform3D对这两套成形工艺的成形过程进行了系统地分析，研究了两种工艺方案的成形过程及成形力。根据有限元模拟的结果，选择闭式模锻工艺成形调节阀阀体。根据尼克公司系列焊枪导电嘴的特点，确定用挤压工艺成形导电嘴的中心孔，并保证其精度。为了找到合理的工艺方案，选择了两种方案：一是直接挤出导电嘴的外径，挤压后外径不进行机加工；二是挤压后的毛坯直径稍大于导电嘴的外径，再通过机加式的方式将多余的材料去除。利用三维体积成形有限元模拟软件Deform3D对多种毛坯进行了成形模拟，研究了毛坯尺寸对导电嘴成形过程和成形质量的影响。由于方案一的毛坯在成形过程中易发生失稳，根据模拟结果，选择方案二作为导电嘴的成形方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2金属塑性成形过程研究方法

1.3有限元模拟技术发展概况

1.4有限元模拟技术在金属塑性成形中的应用

1.5铜合金零件锻造成形的难点及存在的问题

1.6本文的主要研究内容

第二章铜合金锻造有限元模拟基本理论

2.1有限元技术基本理论

2.1.1塑性有限元的发展

2.1.2刚塑性/刚粘塑性有限元基本方程

2.1.3刚塑性/粘塑性有限元变分原理

2.1.4刚塑性/刚粘塑性有限元求解过程

2.2有限元模拟系统分析

2.2.1有限元模拟系统的组成

2.2.2有限元模拟系统的发展过程

2.2.3常用有限元软件介绍

第三章铜合金锻造成形中常见的缺陷与对策

3.1引言

3.2铜合金的锻造的特点

3.3铜合金锻造的常规生产工艺

3.3.1坯料准备和下料

3.3.2加热

3.3.3锻造

3.3.4冷却和切飞边

3.3.5热处理和清理

3.4铜合金锻造过程中的缺陷与对策

第四章基于FEM技术的节流阀阀体成形工艺分析

4.1引言

4.2节流阀阀体工艺方案确定

4.3方案一的锻造过程有限元数值模拟

4.4方案二的锻造过程有限元数值模拟

4.5方案三的锻造过程有限元数值模

4.6节流阀阀体成形工艺方案

4.7小结

第五章基于FEM技术的调节阀阀体及导电嘴成形工艺分析

5.1调节阀阀体成形工艺分析

5.1.1成形方案

5.1.2.开式模锻工艺有限元分析

5.1.3闭式模锻工艺有限元分析

5.1.4调节阀阀体生产工艺

5.2导电嘴成形工艺分析

5.2.1成形工艺

5.2.2直接挤出

5.2.3挤出后机加工

5.2.4导电嘴的生产工艺

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的论文