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                镁合金静液挤压和模具结构设计

                添加时间:2018/07/25 来源:南京理工大学 作者:王猛
                本文研究结合的课题是镁合金复杂结构零件超高压热流变高效控制成形技术。通过静液挤压的方式实现镑合金零件的成形。研究方法上使用有限元成形仿真和实验结合的方式,对镇合金管材、棒材、型材成形中的影响因素进行较为深入的分析。
                  以下为本篇论文正文:

                摘 要

                  倭合金密度低、比强度高、散热性和减振性好等特性,在轻量化的结构中使用越来越广。但其本身塑性差,在塑性成形方面不理想,静液挤压常用于加工塑性差的材料。文章采用静液挤压的方法研究了管材、棒材和型材的成形。管材成形采用后置模态和前置穿孔针两种方式,穿孔针分为随动式和固定式两种结构。后畳模巧方式中,模忘角度口0°比10°需要的挤压力大,挤压力与挤压比的自然对数呈一定的线性关系,挤压筒温度升高可减小挤压力,但减小幅度与模具结构有关:材料流速在模友处剧烈变化,通过剖视图可看出远料中间流速快。两种带穿孔针的方式中,挤压比为1.3时,随动式所需的挤压力小。成形中逐料内部应力,随动式最大值191MPa,固定式214MPa。

                  棒材成形先后研巧了单孔和多孔模具的成形方法。单孔模具兼顾锥形模和平面模的特点,采用带平台的锥形模结构。通过正交试验确定挤压比为16,模具锥角75°,平台长度2.5mm和定径带长度8mm的设计方案。多孔模具在挤压比为12条件下,发现两孔,云孔及四孔的设计对挤圧力和模具刚强度的影响较小。然后针对四孔模具,发现影响挤压力最大的是模具温度,其后是模具入口形状,对流速均匀性影响最大的是?椎牟贾,其次是模具入口形状,综合两者确定?淄苍仓本26mm,模具入口形状为带导流室结构,定径带6mm,模具温度290℃。

                  静液挤压槽型材时,模具设计的关键是使制品同一截面的流速均匀。在挤压比为16的情况下,选用带导流室的模具结构,对其结构尺寸采用神经网络遗传算法进行优化W达到流速均匀的目标,流速均方差优化前后分别为l.〇3mm/s和化0674mm/s。型材模具较复杂,对其进行刚强度和磨损的分析,模具受为满足材料要求,磨损主要分析模具硬度和接触摩擦因子的影响。

                  关键词:镁合金,静液挤压,数值模拟,模具分析

                Abstract

                  Magnesium alloy has many advantages, such as tow density, high specific strength, good heat disspation and vibration reductioDL However,its plasticity is poor,and it is not ideal in plastic forming. Hydrostatic extrusion is often used to process materials with poor plasticity.

                  In this paper, the forming of tubes, rods and profiles is studied by means of hydrostatic extrusion. Tube forming with rear and front needle corre is divided into two ways, with the dynamic type and fixed type structure of two kinds of needle punched. Post core mode, core angle of 120° need more extruison spressure than 105°, There is a linear relationship between the extrusion pressure 过nd the natural logarithm of the extrusion ratio. The extrusion pressure can be reduced by increasing the teirperature of extrusion cylinder ,but decreases with the mold structure; material velocity where the dramatic changes in the coioe,the middle section view can be see fest flow rate. In the two kinds of piercing pins,the extrusion pressure is small when the extrusion ratio is 1.3. The internal stress of the blank in the forming,the maximum value offoDow-up 191MPa, fixed 214MPa.

                  The forming method of single hole and porous die has been studied. The single hole mold takes into account the characteristics of the conical die and the flat die. Through orthogonal test to determine the extrusion ratio is 16, the mold cone angle of 75°, the design scheme of bearing length of 8mm platform and fixed length 2.5mm. Porous mold in the extrusion ratio is 12, two holes,four holes and three design has little effect on the stiffiiess and strength of extrusion and mould. Then for the four hole die,extrusion pressure is the biggest influence of the mold tmperature, followed by the die entrance shape, impact on the unifomity of vetocity is the largest die hole layout, followed by the die entrance shape, integrated both determine die hok concentric diameter 26mm5 the die entrance shape with deflector structure, sizing with 6mm the mold teirperature is 290°C.

                  The key of mould design is to make the flow velocity of the same section of the product uniform. The extrusion ratio is 16, the selection of mold structure with the diversion chamber, the structure and size of using neural network and ^netic algorithm was optimized in order to achieve the goal of uthiform flow velocity, flow rate variance before and a:fter optimization were 1.03 and 0.0674. The profile die is more compleXj it is used to analyze the strength and wear of the die, and the stress of the die meets the requirements of the materiaLWear analysis of die hardness and contact friction fector.

                  Key words; magaesium afloy, hydrostatic extrusbn, numerical simulatioii, die analys

                  本文初步研究了辕合金静液挤压技术,其重点是对管材、棒材、型材的成形方案设计与影响要素分析。根据镇合金制品的不同初步设计相应的成形模具,并利用数值模拟的方法对成形产生影响的要素进斤分析。综合分析之后选出最有利于成形的因素配合方案。然后对成形模具的刚强度进行分析和校核,确立模具设计方案进行机加工。最后是进行静液挤压实验。其具体内容为:

                  (1)对实验设备的主要零部件进行介绍,对静液挤压中巧料的受力,挤压力的变化和材料的变形特征进行分析。着重是对挤压筒的承载能力进行计算,为试验方案的设计提供参考。熟悉挤压模具设计的步骤以及一些常规的技术准则。

                  (2)采用后置模芯和带穿孔针两种方式对管材进行成形。分析了模芯角度,挤压温度和挤压比大小对挤压力大小的影响,并分析了挤压过程中应料内部的应力场应变场和速度场。在带有穿孔针的挤压方案中设计出随动式穿孔针和固定式穿孔针两种方法,并对二者的成形过程做了分析。

                  (3)通过单孔和多孔模具对静液挤压棒材进行研究。先对单孔俸材成形方案进行研究,单孔模具设计中采用了平面模和锥形模相结合的方式。并对模具中的结构因素进行正交试验分析。然后是对多孔棒材成形方法的分析,先是分析?资亢头植级约费构碳澳>咔慷鹊挠跋,后又在此基础上对凹孔模具的不同结构特化进行分析,选出较优的模具结构。

                  (4)进一步对静液挤压镇合金型材进行研巧。选择槽形型材作为研究的对象,模具采用带导流室的模具结构。通过优化算法对导流室的形状进行优化W获取使材料流速均匀的模具结构。然后是对成形中还料的应力应变进行分析?悸悄>呓峁沟母丛有,分别从其刚强度和磨损的巧度进行分析研究。

                挤皮力一挤圧比自然对数线性化
                挤皮力一挤圧比自然对数线性化

                挤压力和温度关系图
                挤压力和温度关系图

                扩管挤压应力云图
                扩管挤压应力云图

                扩管挤压应变云图
                扩管挤压应变云图

                扩管成形的镇合金
                扩管成形的镇合金

                 目 录


                  摘 要
                  Abstract
                  1 绪论
                    1.1论文课题的背景和选题意义
                    1.1 镁与镁合金的特性及分类
                      1.1.2 镁合金的应用
                    1.2 镁合金静液挤压技术研究现状
                      1.2.1镁合金静液挤压技术
                      1.2.2 静液挤压技术发展现状
                    1.3 课题研究内容和思路
                  2 镁合金静液挤压过程分析
                    2.1 静液挤压机结构组成及工作原理
                      2.1.1 静液挤压机主要部件
                      2.1.2 静液挤压过程分析
                    2.2 挤压模具设计步骤与要求
                      2.2.1 挤压模具设计的原则与步骤
                      2.2.2 挤压模具设计的技术要求
                      2.2.3 静液挤压模具设计的特点
                    2.3 本章小结
                  3 镁金管材静液挤压模拟与实验研究
                    3.1 挤压模具压缩区结构设计
                    3.2 带模芯的管挤压成形分析
                      3.2.1 胚料选择
                      3.2.2 模具重要设计变量
                      3.2.3 即塑性有限元法模巧
                      3.2.4 数值仿真结果分析
                      3.2.5 实验结果
                    3.3 带穿孔针的管材成形分析
                      3.3.1 随动式穿孔针成形
                      3.3.2 固定式穿孔针成形
                    3.4 本章小结
                  4 镑合金椿材娜仿真模具影响因素分析
                    4.1 单孔模具棒材结构设计与分析
                      4.1.1 棒材模具结构设计
                      4.1.2 试验方案设计
                      4.1.3 成形因素分析
                      4.1.4 实验结果
                    4.2多孔模具棒材结构设计与分析
                      4.2.1 多孔棒材模具设计
                    4.3 本章小结
                  5 镁合金槽形型材模具结构设计与分析
                    5.1 型材模具设计及模型仿真
                      5.1.1 型材模具结构设计
                      5.1.2 Hyperxtrude软件建模分析过程
                    5.2 基于神经网络遗传算法的结构变量优化
                      5.2.1 样本选择方法
                      5.2.2 优化设计变量的选择
                      5.2.3 BP神经网络模型的建立
                      5.2.4 基于遗传对模巧结构进行优化
                      5.2.5 试验验证对比
                    5.3 型材成形过程分析
                    5.4 型材模具分析
                      5.4.1 模具刚强度分析
                      5.4.2 模具磨损分析
                    5.5 本章小结
                  6 结论与展望
                  致谢
                  参考文献
                  附录

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