本文關(guān)鍵詞：超聲振動冷拔傳動軸過程有限元仿真分析及工藝參數(shù)優(yōu)化

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【摘要】：超聲振動冷拔傳動軸是一種在傳統(tǒng)冷拔過程中疊加超聲振動能的傳動軸冷拔工藝。本課題主要針對傳統(tǒng)冷拔傳動軸精度不高(低于IT8)、模具磨損快、表面質(zhì)量差等缺點,通過疊加超聲振動以減摩降載實現(xiàn)精密冷拔,使產(chǎn)品能夠直接裝配軸承使用。本文是在預(yù)處理工藝(酸洗、中和、磷化、皂化等)和冷拔模具結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化條件下,對超聲振動冷拔傳動軸進(jìn)行有限元仿真分析、工藝參數(shù)優(yōu)化、以及對超聲振動冷拔傳動軸實驗裝置進(jìn)行了初步設(shè)計。以冷拔Φ50mm的45鋼傳動軸為研究對象,采用“同步加載,多步求解”方式施加縱向載荷,利用ANSYS Workbench和Pro/E分別對常規(guī)和超聲振動冷拔傳動軸過程進(jìn)行了有限元模擬仿真分析,結(jié)果表明:超聲振動可以有效減小冷拔力和摩擦力,但摩擦力的減小程度明顯不如拉拔力,這主要是由于疊加超聲振動后冷拔模具和工件之間的斷續(xù)接觸和高速沖擊起到的減摩降載作用造成的;超聲振動冷拔傳動軸的摩擦力比常規(guī)冷拔摩擦力小,且定徑區(qū)摩擦力都大于減徑區(qū)摩擦力;另外超聲振動對減徑區(qū)作用比定徑區(qū)明顯。采用正交實驗法對超聲振動冷拔傳動軸的三個主要工藝參數(shù)(冷拔速度、頻率、振幅)進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計,結(jié)果表明:三個主要工藝參數(shù)對超聲振動冷拔傳動軸的影響次序為:振幅影響最大,振動頻率影響次之,冷拔速度影響相對較小;優(yōu)化后得到的最佳工藝參數(shù)組合為:振幅A=0.06mm、振動頻率f=40k Hz、冷拔速度V=9m/min。對優(yōu)化參數(shù)條件下的仿真結(jié)果與常規(guī)冷拔仿真結(jié)果進(jìn)行了對比分析,結(jié)果表明:冷拔力的平均值、減徑區(qū)接觸壓應(yīng)力和定徑區(qū)接觸壓應(yīng)力分別比常規(guī)狀態(tài)下減少43.39%、15.30%、11.87%。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)模胚選用冷拔Φ9.6mm的棒材為研究對象,以LW30冷拔機(jī)為實驗平臺,利用Pro/E軟件對超聲振動冷拔傳動軸實驗裝置進(jìn)行了設(shè)計,設(shè)計中采用“中空式”的換能器與變幅桿、“內(nèi)嵌式”的模具固定方式等,采用這種設(shè)計可使結(jié)構(gòu)簡化,更利于超聲振動裝置的安裝與調(diào)整。
【關(guān)鍵詞】：超聲振動 冷拔 冷拔力 傳動軸 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG356
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 研究的背景、目的和意義13
• 1.2 超聲振動冷拔技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 作用機(jī)理研究13-15
• 1.2.2 建模與仿真研究15
• 1.2.3 試驗研究15-17
• 1.3 研究方案17-19
• 1.3.1 課題來源17
• 1.3.2 本文研究的主要內(nèi)容17-18
• 1.3.3 本文的創(chuàng)新點18-19
• 第二章 超聲振動冷拔理論19-25
• 2.1 超聲振動冷拔19-20
• 2.1.1 超聲振動冷拔的概述19
• 2.1.2 超聲振動冷拔工藝的特點19-20
• 2.2 超聲振動對冷拔過程的作用機(jī)理 666520-22
• 2.3 冷拔力的計算22-24
• 2.3.1 常規(guī)冷拔力的計算22
• 2.3.2 超聲振動冷拔的理論分析及冷拔力計算22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 超聲振動冷拔傳動軸過程有限元仿真分析25-41
• 3.1 彈塑性有限元的基本理論25-26
• 3.1.1 塑性成形的非線性問題25
• 3.1.2 彈塑性有限元分析的力學(xué)基礎(chǔ)25-26
• 3.2 超聲振動冷拔傳動軸模擬仿真的可行性分析26-27
• 3.2.1 ANSYS Workbench簡介26
• 3.2.2 超聲振動冷拔傳動軸模擬仿真的可行性26-27
• 3.3 冷拔傳動軸的模擬仿真方案27-28
• 3.4 超聲振動冷拔傳動軸有限元模型建立28-30
• 3.4.1 簡化與假設(shè)28
• 3.4.2 冷拔材料屬性的定義28
• 3.4.3 幾何模型的建立28-29
• 3.4.4 定義接觸對29-30
• 3.4.5 有限元模型網(wǎng)格劃分30
• 3.5 超聲振動與常規(guī)冷拔傳動軸過程有限元對比仿真分析30-39
• 3.5.1 超聲振動冷拔傳動軸過程有限元仿真30-33
• 3.5.2 常規(guī)冷拔傳動軸過程有限元仿真33
• 3.5.3 仿真結(jié)果與分析33-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第四章 基于有限元分析的超聲振動冷拔傳動軸工藝參數(shù)優(yōu)化41-51
• 4.1 正交實驗設(shè)計法概述41
• 4.2 超聲振動冷拔傳動軸工藝參數(shù)的正交實驗41-44
• 4.2.1 工藝參數(shù)的選取41-42
• 4.2.2 工藝參數(shù)范圍的確定42
• 4.2.3 冷拔質(zhì)量評價指標(biāo)的確定42
• 4.2.4 正交表的選擇與設(shè)計42-43
• 4.2.5 實驗方案與實驗結(jié)果43-44
• 4.3 模擬實驗結(jié)果分析44-47
• 4.3.1 極差分析44-45
• 4.3.2 方差分析45-47
• 4.4 優(yōu)化參數(shù)下的模擬對比分析47-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 第五章 超聲振動冷拔傳動軸實驗裝置設(shè)計51-59
• 5.1 超聲振動冷拔傳動軸實驗裝置的組成51
• 5.2 超聲振動系統(tǒng)的確定51-55
• 5.2.1 超聲波發(fā)生器的選用51-52
• 5.2.2 振動系統(tǒng)材料的選擇52-53
• 5.2.3 超聲波換能器的設(shè)計53-55
• 5.3 超聲振動冷拔傳動軸裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計55-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果67-69
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間參與的項目67-69
• 致謝69

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