复杂内腔零件液态模锻技术研究与应用

摘要

目前液态模锻技术主要用来成型结构简单的零件，无法成型具有复杂内腔的零件。氧枪喷头作为具有复杂内腔零件的代表，现有的主要成型工艺为砂型铸造，质量不高、使用寿命短。因此，本文提出了将可熔金属芯运用在液态模锻技术中，成型以氧枪喷头为代表的复杂内腔零件的研究思路;主要研究内容包括可熔金属芯的设计及可行性研究、氧枪喷头液态模锻的工艺和模具设计、生产线的配置、数值模拟研究及验证等部分。
　　首先，论证了使用可熔金属芯成型零件复杂内腔的优点，并以氧枪喷头为成型目标零件，选择可熔金属芯的材料为纯铝，涂料为球墨铸铁消失模涂料，结构为分体式结构，制造方式为铸造和机加工以及可熔金属芯使用工艺。而后，进行了可熔金属芯的可行性试验，利用可熔金属芯通过砂型铸造成型氧枪喷头，验证了可熔金属芯的可行性，为液态模锻提供了参考。
　　其次，以Φ180×3型号的氧枪喷头为具体研究对象，进行了其液态模锻的工艺设计及模具设计。包括对氧枪喷头毛坯结构的优化，选择端盘在下的成型位置及下加压间接液锻的液锻方式，工艺流程的设计和工艺参数的确定;以及模具整体结构、赋形零件、排气系统、卸料系统等的详细设计和模具材料的选择。
　　再次，根据氧枪喷头液态模锻的工艺设计，对可以生产直径300mm以下的氧枪喷头的YD800生产线进行配置。选择立式液锻机并对其主要功能、动作程序和主要技术参数给出了设计要求;并对用于熔化金属芯的熔芯炉、用于保温熔化芯料将其用于铸造金属芯的熔铝炉、烘干和预热金属芯的烘芯炉给出了主要功能、基本结构和主要技术参数的设计要求。
　　最后，为了进一步验证将可熔金属芯运用到液态模锻的可行性，对Φ180×3型号氧枪喷头的液态模锻进行了模拟分析。得出在这一工艺中，金属芯虽然会熔化，但是在熔化之前，其外部的铜液已经形成了一层凝固壳，这层凝固壳和金属芯涂料可以隔开熔化的金属芯和液锻件，不会造成废品这一结论。这一模拟结果得到了实验证实。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 液态模锻技术概述

1．1．1 液态模锻工艺的原理及特点

1．1．2 液态模锻技术研究现状

1．2 氧枪喷头及其成形技术现状

1．2．1 氧枪喷头分类及材质

1．2．2 氧枪喷头制造技术的发展和演变

1．2．3 氧枪喷头的失效形式

1．3 液态模锻成型具有复杂内腔零件的优点及可行性

1．4 本文的主要研究内容、路线及创新点

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究路线

1．4．3 创新点

2 氧枪喷头液态模锻的可熔金属芯设计及制造

2．1 可熔金属芯的技术原理

2．2 氧枪喷头可熔金属芯的设计

2．2．1 使用可熔金属芯成型复杂内腔的优点

2．2．2 可熔金属芯及涂料的材料设计

2．2．3 氧枪喷头可熔金属芯的结构设计

2．2．4 可熔金属芯的制造工艺

2．2．5 可熔金属芯的使用工艺

2．3 可熔金属芯的可行性实验

2．3．1 实验目的

2．3．2 实验方法和材料

2．3．3 实验结果与讨论

2．4 本章小结

3 氧枪喷头液态模锻工艺设计及模具设计

3．1 氧枪喷头液态模锻工艺设计

3．1．1 液态模锻毛坯结构尺寸优化设计

3．1．2 液态模锻成型位置——端盘在下

3．1．3 液态模锻方式——下加压间接液锻

3．1．4 工艺流程

3．1．5 工艺参数设计

3．2 氧枪喷头液态模锻模具设计

3．2．1 模具整体结构

3．2．2 模具材料

3．2．3 赋形零件

3．2．4 定位导向机构

3．2．5 浇注系统

3．2．6 排气系统

3．2．7 卸料机构

3．3 本章小结

4 氧枪喷头液态模锻生产线配置

4．1 生产线概述

4．1．1 生产纲领

4．1．2 生产线主要设备

4．2 YD800液锻机技术设计

4．2．1 液锻机选型和总体要求

4．2．2 结构和功能要求

4．2．3 工作原理和动作程序

4．2．4 主要技术参数

4．3 熔芯炉技术设计

4．3．1 功能要求

4．3．2 结构和工作原理

4．3．3 主要技术参数

4．4 熔铝炉技术设计

4．4．1 功能要求

4．4．2 结构和工作原理

4．4．3 主要技术参数

4．5 烘芯炉技术设计

4．5．1 功能要求

4．5．2 结构和工作原理

4．5．3 主要技术参数

4．6 本章小结

5 氧枪喷头液态模锻过程的数值模拟及实验验证

5．1 氧枪喷头液态模锻的数值模拟

5．1．1 三维建模

5．1．2 初始条件及边界条件

5．1．3 充型过程数值模拟结果与分析

5．1．4 凝固过程数值模拟结果与分析

5．1．5 成型过程中金属芯的行为分析

5．2 氧枪喷头液态模锻数值模拟结果的验证实验

5．2．1 实验目的

5．2．2 实验方法

5．2．3 实验材料及设备

5．2．4 实验结果与讨论

5．3 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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