液压支架外台阶导向套毛坯制造工艺技术研究

华北水利水电学院硕士学位论文液压支架外台阶导向套毛坯制造工艺技术研究姓名：赵冬冬申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：郝用兴2011-05华北水利水电学院硕士学位论文I液压支架外台阶导向套毛坯制造工艺技术研究摘要环件制造可分为预制坯制造和毛坯制造两个阶段。现今，环件毛坯主要是应用环件轧制技术来生成制造。环件轧制是借助于辗环机，通过对环形预制坯的连续轧制，使环件产生截面尺寸减小、直径扩大、截面轮廓成形的一种塑性加工工艺。环件轧制是目前生产高性能无缝环件昀为有效的手段之一，具有深远的研究意义和使用价值，其技术应用前景广阔。本文立足于环件毛坯实际制造生产，通过理论分析、系统建模、有限元计算实验，对液压支架外台阶导向套毛坯进行研究和设计，建立了环件轧制和预制坯锻造的仿真模型。应用环件轧制原理、有限元理论等，以三维有限元模拟软件ABAQUS和DEFORM-3D为平台，通过模型设计—模拟仿真—参数修正—参数优化的方法，对外台阶导向套成形过程中所需毛坯、模具进行设计，并对环件的轧制和预制坯的成形进行仿真模拟。在轧制出标准环件的基础上，研究托料板对环件轧制稳定性的影响，得出托料板的存在有利于环件轧制成形。研究托料板不同倾角对环件轧制平稳性的影响，得出环件轴向位移随着托料板倾角变化的变化规律。研究托料板与环件接触面积对环件轧制稳定性的影响，得出托料板接触面积变化合适时更有利于环件轧制。根据以上研究内容，设计出新型托料板-厂形托料板，并由此设计出可调式厂形托料板。并分析了导向套小端的外端面轴向倾角对环件轧制稳定性的影响，得出倾角为3度时，轧制稳定性好；分析了预制坯冲孔余留锥角位置对环件轧制的影响，得出余留锥角位置在离预制坯大端端面89mm处时，轧制稳定性好。昀后研究了预制坯成形阶段的金属流动性，得出预制坯小端的中心区域的应力突变是由金属流动复合变化引起的。本课题通过模拟仿真并进行实际的环件轧制生产，设计出满足平顶山煤矿机械有限公司实际生产要求的液压支架外台阶导向套，为实现自主生产液压支架外台阶导向套毛坯提供了理论和实际的指导意义。关键词：ABAQUS；DEFORM-3D；环件轧制；托料板华北水利水电学院硕士学位论文IIRESEARCHSOFMANUFACTURINGTECHNOLOGYONTHEOUTER-STEPPEDGUIDESLEEVEOFHYDRAULICSUPPORTABSTRACTRingmanufacturingincludespre-forgingpartmanufacturingandringblankmanufacturing.Todayringblankismainlyproducedbyringrollingtechnologyatpresent.Ringrollingisaplasticworkingtechnology.Inringrollingprocess,witharingrollingmachine,aringblankisrolledcontinuouslyresultingtotheringcross-sectionreducinganddiameterenlarging.Itisoneofthemosteffectivemeansinproducinghighperformanceseamlessring,withfar-reachingsignificanceandvalueinuse.TheapplicationofthisTechnologyhasbroadprospects.Inthispaper,basingontheactualproductionofradialringrolling,theringrollingofouter-steppedguidesleeveofhydraulicsupportisresearchedanddesigned,thentheSimulationmodelofringrollingandperformforgingareestablishedthroughtheoreticalanalysis,systemmodelingandfiniteelementanalysisexperiments.Usingringrollingprincipleandfiniteelementtheory,andtakingThree-dimensionalfiniteelementsimulationsoftwareABAQUSandDEFORM-3Dasaplatform,therequiredblankandmoldinouter-steppedguidesleeveofhydraulicsupportringdeformingprocessaredesigned,thenringrollingandpre-forgingformingaresimulatedthroughthemethodofmodeldesign-simulation-parametermodification-theparameteroptimization.Onthebasisofrollingoutthestandardring,theimpactofthepropplateonthestabilityqualityofringrollingisstudied,findingthattheexistenceofpropplateisconducivetoformingofringrolling.Theimpactofdifferentpropplate’angleandthecontactareabetweenpropplateandringonthestabilityqualityofringrollingarestudied;itcomestothefollowingconclusions:thechangeregularityofRingaxialdisplacementchangeswiththeangleofthepropplate.Therightcontactareaisbeneficialtoringrolling.Basedonthestudiesabove,anewtypeofpropplateshapedastheChinesecharacter,厂,hasbeendesigned.Furthermore;theadjustablepropplatehasbeendesigned.Theeffectoftheaxialanglechangesofsmallend’soutersurfaceofpre-forgingparttoringrollingisresearched.Itcomestoaconclusionthatstabilityofrollingisbetterattheangleof3degrees.AndtheeffectofthelocationofAngleformedbypunchingofthepre-forgingparttoring华北水利水电学院硕士学位论文IIIrollingisalsoresearched,itdrawaconclusionthatthestabilityofrollingisbetteratthesettingdistancewhichis89mm.Atlast,thestudyofthemetalmobilityofpre-forgingpartfigurationfoundthatthestressmutationofcentralzoneofpre-forgingpart’smallendiscausedbythecompositemetalmobilitychange.Bysimulationandtheactualringrollingproductionexperiments,thisdesigncanmeetthePracticalproductionneedofPingdingshanCoalMineMachineryCorporationLtd.Ithastheoreticalandpracticalsignificancetothecorporationwhocanproducetheringindependently.Keywords：ABAQUS;DEFORM-3D;RingRolling;PropPlate独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果并撰写完成的。没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北水利水电学院或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：保证人（导师）签名：签字日期：签字日期：学位论文版权使用授权书本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用学位论文的规定。特授权华北水利水电学院可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期:华北水利水电学院硕士学位论文1第1章绪论1.1引言液压支架外台阶导向套毛坯是一种外台阶环件。其主要是运用自由锻技术生产出预制坯，再运用环件轧制技术生产毛坯。在这两个生产阶段，主要是在环件轧制阶段使环件成形并达到预定尺寸形状。环件轧制[1]是一种塑性加工工艺，它是运用了机械零件制造技术和轧制技术，使环形坯件的局部通过不断变形的轧制孔进行连续塑性加工，达到轧壁厚减小、径向尺寸扩大、轮廓成形的目的。它具有大幅度降低吨位和投资、振动冲击小、节能、材料利用率高、产品质量好、劳动条件好，生产率高、生产成本低等显著技术经济优点，是各类无缝环件的先进制造技术。因此环件轧制具有深远的意义和使用价值，其技术应用前景广阔。但其研究是基于矩形截面毛坯轧制矩形截面环件的。在机械零件中，环件的应用是非常广泛的，比如：汽车、航空航天、船舶以及石油化工、纺织等工业领域。这些领域对环件的要求不尽相同，因此异形截面环件轧制也是现今以及未来环件轧制研究的重点。1.2环件轧制成形的优势与应用前景环件轧制成形是一个直径变大、壁厚变小的渐变过程。在这个过程中，金属晶粒排列渐变的与环件周线一致，从而使环件的周向金属纤维致密均匀，并一直与环件横截面的外轮廓保持平行状态，同时沿周线扩展，昀终形成与标准件相接近的晶粒连接体。其优点是：①所需设备吨位小。②表面质量好，以环件轧制成形方式形成的环件产品可防止表面裂纹的产生。③节省材料，一般材料利用率可以达到90%[2]，减少机械加工量。④明显的降低消耗，改善了工作环境，而且效率高。⑤加工精度高。因此产品的精度和寿命都得到了提高，从而增强了市场竞争能力。随着现今的资源和能源的日益匮乏，竞争的日趋激烈，高质高效的工艺技术成为各行业的生产首选。在环件的成形工艺方面，铸造、锻造具有明显的缺点：铸造成形的环件，其内部组织疏松、密度不均匀等缺陷，环件的强度、刚度不易保证；锻制冲孔制作而成的环件，材料、能量消耗大，成本高，并且台阶交界处容易产生应力集中从而影响强度。相对于铸造和锻造来说，环件轧制具有明显的优势，环件的生产将以轧制工艺为主要生产工艺。1.3环件轧制成形技术的研究概况环件轧制实验研究首先是有20世纪60年的英国学者w.Johnosn等展开的。他们在立式二辊轧机上进行基本参数的实验研究，发现环件轧制时径向变形区的径向对称点存在塑性铰。随后，Johnosn和Caddell进一步的实验[3]，指出环件轧制生成的金属硬度变化沿轴向