锻钢支撑座模具开裂失效分析与产品质量控制研究

摘要

支撑座是铁路货车重要零部件之一。作为转向架连接交叉杆的关键部件，关系到货车行驶的安全性和可靠性，其质量和性能对铁路货车提速、重载有着重要影响。近年来，随着铁路运输的发展，对支撑座产品的质量要求也不断提高，市场潜力很大。
　　 目前，国内外支撑座产品的生产逐渐用锻造取代了铸造成形，它不仅克服了铸造成形中的疏松、铸态偏析和空洞性缺陷，而且锻造成形时材料利用率、生产效率较高，可以达到较高的尺寸精度。本论文主要针对大江公司支撑座产品铸改锻以来存在的模具早期失效和锻件质量不高两个课题进行研究。
　　 该文以复杂零件的成形技术为指导思想，根据模锻成形理论，针对支撑座产品的自身特点，分析了影响模具开裂失效的关键因素，研究了产生折叠缺陷的原因，对支撑座成形过程中重要的工艺参数如左右型腔结合部高度、坯料镦粗比、坯料定位等进行了优化对比分析，最终通过优化分析，提高了模具寿命，解决了成形中的缺陷。
　　 以UG和DEFORMTM软件为工具，分别对制坯、预锻和终锻工序进行了三维热力耦合有限元分析，得到了成形过程中金属的流动规律和应力、应变、速度及温度场的分布情况；考察了主要参数对模具承载应力、金属流动和成形力的影响，并以此为根据确定了主要工艺参数。最后，通过生产试验，对参数选用的合理性与科学性进行了验证，对模拟结果与实验情况进行对比分析，验证了数值模拟结果的正确性和可行性。
　　 通过本课题的研究，满足了支撑座产品的正常生产和模具的有效服役，为该产品的生产提供了一条行之有效的途径，实现了将锻模寿命、有限元理论、数值模拟仿真技术及模具CAD技术结合起来，达到了缩短产品开发周期、提高模具寿命、降低成本等目的，并且为同类支撑座锻模的参数选取提供了理论和实践依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景

1.2研究目的及内容

1.3研究的创新点及实用意义

1.4主要研究方法

1.5研究的可行性

2刚粘塑性有限元法理论

2.1引言

2.2刚粘塑性有限元法基本原理

2.2.1刚粘塑性材料流动的基本方程

2.2.2虚功原理

2.2.3变分原理

2.3刚粘塑性有限元法实施中的关键技术

2.3.1刚粘塑性有限元基本假设

2.3.2初始速度场的确定

2.3.3动态接触边界的自动处理技术

2.3.4有限元网格畸变与网格重划

2.4刚粘塑性有限元关于变形与传热耦合分析

2.4.1传热问题基本理论

2.4.2传热与变形耦合分析技术

2.4.3传热分析中的动态边界条件处理

2.5 DEFORM-3D软件模块结构

2.5.1前处理器

2.5.2求解器

2.5.3后处理器

2.6 小结

3支撑座模具服役状况及存在问题探讨

3.1引言

3.2支撑座模具服役状况

3.3生产中存在的问题

3.4本章小结

4锻钢支撑座预锻模失效研究

4.1引言

4.2热锻模失效研究

4.3锻钢支撑座预锻模开裂失效分析

4.3.1断裂失效机理探讨

4.3.2模拟基本参数设置

4.3.3开裂失效原因分析

4.4相关参数优化分析

4.4.1坯料定位优化分析

4.4.2结合部不同高度模拟对比分析

4.4.3不同摩擦系数模拟对比分析

4.5优化方案模拟

4.6本章小结

5锻钢支撑座成形质量优化分析

5.1引言

5.2体积成形技术锻件折叠机理研究

5.3锻钢支撑座折叠原因探讨

5.3.1支撑座成形折叠机理分析

5.3.2折叠原因分析

5.4缺陷预防及模拟优化分析

5.4.1左右结合部不同高度模拟对比分析

5.4.2坯料不同镦粗比模拟分析

5.5优化方案模拟

5.6本章小结

6锻钢支撑座模锻生产试验验证

6.1试验设备及模具

6.2试验用材料、参数及生产试制过程

6.3试验结果及分析

6.4本章小结

7结论

7.1本文的主要结论

7.2研究展望

致 谢

参考文献

附 录：A.作者在攻读学位期间发表的论文目录