鋼帶纏繞模具張力設計理論與纏繞裝置的研究.pdf

1、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，對模具的承載能力提出了很高的要求。采用整體式模具結構難以承受工作過程中產生的巨大切向拉應力作用，模具易出現(xiàn)裂紋導致失效，或者型腔過度變形導致產品尺寸精度達不到要求。提高模具強度及剛度的措施有兩種，一種可以采用高強度模具材料，如:硬質合金材料等；另一種可以采用預應力結構，為模具提供徑向的預緊力，在模具中產生切向壓應力，部分或者全部抵消工作內壓力產生的切向

2、拉應力。模具預緊技術分為組合預應力環(huán)和纏繞式兩種類型。纏繞式預緊結構又分為鋼帶纏繞和鋼絲纏繞。鋼帶纏繞預應力模具采用高強度薄鋼帶對模芯進行纏繞，通過纏繞張力對模芯產生一定的徑向預緊力。鋼帶纏繞預應力模具是一種新型的預應力模具，已在發(fā)達國家得到應用，而我國對纏繞式預應力結構模具的研究尚處于起步階段，還沒有形成成熟的設計理論，也沒有研制出專用的鋼帶纏繞模具制造設備。 本文以鋼帶纏繞預應力模具為研究對象，分析了預緊狀態(tài)和工作狀態(tài)下模芯

3、的應力分布情況，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模型。該部分研究工作包括:(1)提出并建立了最佳預緊狀態(tài)纏繞層數(shù)的確定方法，采用VC++編寫計算程序。(2)根據模芯材料的不同，將其分為塑性材料和脆性材料兩大類，在分析材料破壞機理的基礎上，得到了不同的纏繞預應力表達式。(3)建立了纏繞過程中鋼帶張力計算公式?？筛鶕阎哪＞吖ぷ鬏d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

4、張力理論模型。 在建立了纏繞層數(shù)確定方法和推導出纏繞張力計算公式的基礎上，通過實際算例對設計理論及公式進行了應用分析與驗證。得出以下結論:(1)當模芯材料許用強度相同時，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應力予以保護。(2)當模芯為塑性材料時，隨著材料許用強度的增加纏繞層數(shù)不斷減少，說明模具材料許用強度越大所需預應力保護越小。(3)工作載荷和模芯材料許用強度一定時，鋼帶纏繞層數(shù)隨鋼帶許用強度的增加而減小。分

5、析結果與實際情況相符，從而證明了本文建立的鋼帶纏繞預應力模具設計理論及公式的正確性。 本文提出并設計了一套變張力鋼帶纏繞裝置，可依照已建立的鋼帶纏繞預應力模具張力設計理論，實現(xiàn)模具的變張力自動化鋼帶纏繞。本裝置由開卷、校平、張力控制、張力檢測、纏繞裝置等部分組成，其中張力控制裝置由張力粗調和細調兩部分組成。在張力檢測裝置內安裝壓力傳感器可實時采集纏繞張力的實際值，在纏繞裝置內設有編碼器檢測計算模具鋼帶纏繞層數(shù)。壓力傳感器和編碼器

6、將實時獲取的纏繞張力和纏繞層數(shù)的數(shù)據輸入張力自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)將張力理論值與檢測值比較，發(fā)出控制信號，通過控制和調節(jié)油缸油壓和纏繞裝置電機轉矩，實現(xiàn)變張力條件下的閉環(huán)控制。為了更好的實現(xiàn)纏繞過程中對鋼帶張力的控制，本文對影響理論控制曲線的因素進行了分析。綜上所述，本論文針對鋼帶纏繞預應力模具的張力設計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，設計了變張力纏繞裝置，并對裝置的理論控制曲線影響因素進行了分析