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铁座多向锻造成形新工艺数值模拟及试验研究
| 论文题名： | 铁座多向锻造成形新工艺数值模拟及试验研究 |
| 关键词： | 铁路扣件;多向锻造;成形规律;模具寿命;数值模拟 |
| 摘要： | 铁座是广泛应用于铁轨上的重要紧固部件，起着防止铁轨爬升和侧滑的重要作用，随着铁路运行速度的不断提高，对其力学性能提出了更高的要求，采用传统铸造工艺的生产厂家受到了威胁，开发能够改善铁座力学性能的新工艺势在必行。本文以某一复杂形状的铁座为研究对象，采用数值模拟与工业试验相结合的方式对铁座锻造成形工艺进行开发，研究了铁座的成形规律。研究结果表明:（1）预锻成形过程金属流动分为3个阶段，最大等效应力为254MPa，未出现在模具尖角及强度薄弱位置，预锻模具具有较高的模具寿命；终锻成形过程金属各部分充型先后顺序为Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ，局部等效应力最大值为205MPa，上、下模具寿命较好，左右冲头挡肩薄弱位置应力集中较为严重，模具寿命有待提高。（2）预锻工序中通过降低预制坯局部位置的充型效果可以将成形载荷降至3170kN，终锻工序上模合模阶段，上模成形载荷为990kN，左右冲头合模阶段，左右冲头成形载荷为2360kN，上模为保证合模状态所需的合模力为6398kN。（3）成形过程中折叠缺陷产生的主要影响因素为楔横轧坯料在模具型腔中的摆放状态，最佳的楔横轧坯料摆放状态为：楔横轧圆角过渡处与模具型腔接触，同时楔横轧坯料杆部与上、下模距离较小，要达到此种状态需要较大的弯曲角度α及较小的总长L3。（4）为了在“一火”内完成锻件的成形，提高模具保温温度及楔横轧坯料的始锻温度能达到提高锻后坯料温度的目的，综合考虑后将模具保温温度及楔横轧坯料始锻温度分别选取为200℃和1120℃。随着成形速度的增加，成形载荷呈增长趋势，芯模温度呈下降趋势，为了保证模具寿命、成本及生产效率，成形速度选择为40mm/s。（5）随着同步性误差的不断增加，左冲头的成形载荷呈降低趋势，右冲头的成形载荷及左右冲头成形载荷差呈增加趋势，一定量的同步性误差可以降低左右冲头的成形载荷差及芯模的最大等效应力分布区域，同时也会适当增加芯模所受的剪切应力，试验条件下将同步性误差控制在0.5s范围内，对成形造成的影响不大。（6）工业试验成形过程与数值模拟各阶段基本相符合，消除折叠缺陷需要优化坯料及芯模的定位方式；合模力不足是由模具斜配合面及坯料下料精度导致的；充分冷却冲头依然无法保证其寿命，通过对冲头局部进行加厚处理可以改善冲头的寿命。 |
| 作者： | 万松 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 徐春国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 机械科学研究总院 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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