鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具張力分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、在現(xiàn)代制造業(yè)中,模具技術(shù)是衡量制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志.采用模具生產(chǎn)制件具備高精度、高復(fù)雜程度、高一致性,是其他加工方法所不能比擬的.在冷擠壓、冷鍛、金剛石合成過程中,模具型腔表面承受著很大的工作載荷,且溫度較高,因此,對于模具的承載能力要求非常高.由于模具材料的抗拉強(qiáng)度有限,普通整體式模具結(jié)構(gòu)難以承受工作過程中較大的切向拉應(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)品尺寸精度較低.若要提高模具的強(qiáng)度和剛度,一方面可以使用高

2、強(qiáng)度的模具材料;另一方面可以通過改變模具結(jié)構(gòu),降低其工作時(shí)的應(yīng)力水平.已有的研究表明,在已確定模具材料的前提下,通過增加模具壁厚對提高模具的強(qiáng)度與剛度的作用不大,最有效的措施應(yīng)是在模具結(jié)構(gòu)上采用預(yù)應(yīng)力增強(qiáng)技術(shù),通過在模具外表面上施加徑向預(yù)應(yīng)力,減小或消除切向拉應(yīng)力或最大剪應(yīng)力的破壞作用. 鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具采用高強(qiáng)度薄鋼帶對模具進(jìn)行纏繞,通過纏繞張力對模具產(chǎn)生一定的徑向預(yù)緊力,部分或全部抵消工作過程中由于內(nèi)壓在模具凹模內(nèi)壁上產(chǎn)生

3、的切向拉應(yīng)力,使模芯和鋼帶纏繞層的預(yù)應(yīng)力分布達(dá)到最佳,從而提高模具的強(qiáng)度和剛度.目前,我國對預(yù)應(yīng)力纏繞模具的研究還處在初期階段,尚沒有成熟的設(shè)計(jì)理論為實(shí)際生產(chǎn)提供技術(shù)支撐. 本文以鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具為研究對象,忽略摩擦力的影響,采用Lame's方程分析了其在工作狀態(tài)下以及纏繞狀態(tài)下的應(yīng)力狀態(tài).通過分析計(jì)算,首先得出鋼帶纏繞的層數(shù),然后把模具的受力狀態(tài)分為工作狀態(tài)和纏繞狀態(tài),在纏繞狀態(tài)下推導(dǎo)出每一層鋼帶在纏繞過程中的纏繞張力公式,

4、并利用C++編寫了可視化的計(jì)算程序,使得計(jì)算過程更方便、快捷.分析過程及計(jì)算公式表明,纏繞張力與芯模以及鋼帶材料的屈服極限、彈性模量、泊松比、幾何尺寸等有關(guān). 為了驗(yàn)證纏繞張力公式的正確性,開展了鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具的試驗(yàn)研究.制定了可行的試驗(yàn)方案,自行設(shè)計(jì)并制造了一套試驗(yàn)裝置,并進(jìn)行了電測試驗(yàn). 為了獲取準(zhǔn)確的材料機(jī)械性能,對模芯和鋼帶材料進(jìn)行了拉伸試驗(yàn),得到了精確的屈服強(qiáng)度.按照試驗(yàn)方案的步驟進(jìn)行了鋼帶纏繞試驗(yàn),纏繞張