鋼帶纏繞模具張力設(shè)計(jì)理論與纏繞裝置的研究

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1、濟(jì)南大學(xué)碩十學(xué)位論文摘要在冷擠壓、冷鍛、金剛石合成過程中，模具型腔表面承受著巨大的工作壓力，且溫度較高，因此，對(duì)模具的承載能力提出了很高的要求。采用整體式模具結(jié)構(gòu)難以承受工作過程中產(chǎn)生的巨大切向拉應(yīng)力作用，模具易出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致失效，或者型腔過度變形導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸精度達(dá)不到要求。提高模具強(qiáng)度及剛度的措施有兩種，一種可以采用高強(qiáng)度模具材料，如：硬質(zhì)合金材料等；另一種可以采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，為模具提供徑向的預(yù)緊力，在模具中產(chǎn)生切向壓應(yīng)力，部分或者全部抵消工作內(nèi)壓力產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力。模具預(yù)緊技術(shù)分為組合預(yù)應(yīng)力環(huán)和纏繞式兩種類型。纏繞式預(yù)緊結(jié)構(gòu)又分為鋼帶纏繞和鋼絲纏繞。鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具采用高

2、強(qiáng)度薄鋼帶對(duì)模芯進(jìn)行纏繞，通過纏繞張力對(duì)模芯產(chǎn)生一定的徑向預(yù)緊力。鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具是一種新型的預(yù)應(yīng)力模具，已在發(fā)達(dá)國(guó)家得到應(yīng)用，而我國(guó)對(duì)纏繞式預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)模具的研究尚處于起步階段，還沒有形成成熟的設(shè)計(jì)理論，也沒有研制出專用的鋼帶纏繞模具制造設(shè)備。本文以鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具為研究對(duì)象，分析了預(yù)緊狀態(tài)和工作狀態(tài)下模芯的應(yīng)力分布情況，考慮鋼帶層間摩擦力因素的影響，基于拉美公式等理論建立了纏繞過程的纏繞力學(xué)模型。該部分研究工作包括：(1)提出并建立了最佳預(yù)緊狀態(tài)纏繞層數(shù)的確定方法，采用VC++編寫計(jì)算程序。(2)根據(jù)模芯材料的不同，將其分為塑性材料和脆性材料兩大類，在分析材料破壞機(jī)理的

3、基礎(chǔ)上，得到了不同的纏繞預(yù)應(yīng)力表達(dá)式。(3)建立了纏繞過程中鋼帶張力計(jì)算公式。可根據(jù)已知的模具工作載荷、模芯和鋼帶材料性能參數(shù)，確定各層纏繞所需的張力數(shù)值，從而建立起纏繞張力理論模型。在建立了纏繞層數(shù)確定方法和推導(dǎo)出纏繞張力計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，通過實(shí)際算例對(duì)設(shè)計(jì)理論及公式進(jìn)行了應(yīng)用分析與驗(yàn)證。得出以下結(jié)論：(1)當(dāng)模芯材料許用強(qiáng)度相同時(shí)，脆性材料的纏繞層數(shù)大于塑性材料，說明脆性材料需要更大的預(yù)應(yīng)力予以保護(hù)。(2)當(dāng)模芯為塑性材料時(shí)，隨著材料許用強(qiáng)度的增加纏繞層數(shù)不斷減少，說明模具材料許用強(qiáng)度越大所需預(yù)應(yīng)力保護(hù)越小。(3)工作載荷和模芯材料許用強(qiáng)度一定時(shí)，鋼帶纏繞層數(shù)隨鋼帶許用強(qiáng)

4、度的增加而減小。分析結(jié)果與實(shí)際情況相符，從而證明了本文建立的鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具設(shè)計(jì)理論及公式的正確性。本文提出并設(shè)計(jì)了一套變張力鋼帶纏繞裝置，可依照已建立的鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具張力設(shè)計(jì)理論，實(shí)現(xiàn)模具的變張力自動(dòng)化鋼帶纏繞。本裝置由開卷、校平、張力控制、張力檢測(cè)、纏繞裝置等部分組成，其中張力控制裝置由張力粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩部分組1鋼帶纏繞模具張力設(shè)計(jì)理論與纏繞裝置的研究成。在張力檢測(cè)裝置內(nèi)安裝壓力傳感器可實(shí)時(shí)采集纏繞張力的實(shí)際值，在纏繞裝置內(nèi)設(shè)有編碼器檢測(cè)計(jì)算模具鋼帶纏繞層數(shù)。壓力傳感器和編碼器將實(shí)時(shí)獲取的纏繞張力和纏繞層數(shù)的數(shù)據(jù)輸入張力自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)將張力理論值與檢測(cè)值比

5、較，發(fā)出控制信號(hào)，通過控制和調(diào)節(jié)油缸油壓和纏繞裝置電機(jī)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)變張力條件下的閉環(huán)控制。為了更好的實(shí)現(xiàn)纏繞過程中對(duì)鋼帶張力的控制，本文對(duì)影響理論控制曲線的因素進(jìn)行了分析。綜上所述，本論文針對(duì)鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具的張力設(shè)計(jì)理論和纏繞裝置開展了研究，得到了纏繞張力公式和最佳纏繞層數(shù)確定方法，設(shè)計(jì)了變張力纏繞裝置，并對(duì)裝置的理論控制曲線影響因素進(jìn)行了分析，所取得的研究成果對(duì)推動(dòng)鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具技術(shù)在我國(guó)的開展具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力模具；鋼帶纏繞；張力；設(shè)計(jì)理論；纏繞裝置Ⅱ濟(jì)南人學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractDuringtheprocessesofcold·extrudi

6、ng，cold—forginganddiamondsynthesis，thedie’Scavityissubjectedtohiglltemperatureandultrahi曲pressure．Therefore，thehighsupportingcapacityofdiesisrequired．Ifintegraldieisused，thediematerialisnotabletosubjecttotheworkingtangentialtensionstress，whichleadstocracksandexcessivedeformationingeometryof

7、diecavity．Therearetwomethodstoimprovethestrengthandrigidityofdies：oneisthedies’materialcanbechosen誦tll11i曲一strengthmaterialssuchascementedcarbidematerials；theotheristousethepre—stressedstructure．Pre-stressedstructureCanprovidearadialpre—stressonexternals