轨道列车车体型材用大型、复杂、精密挤压模具的研制

论文摘要

大型、复杂、精密挤压模具设计与制造是轨道列车车体型材生产的关键技术。本文结合企业生产实际及“十一五”国家科技支撑计划项目任务要求,围绕轨道列车车体型材（106XC型材）用挤压模具的开发,对大型、复杂、精密挤压模具的关键制造技术进行了系统研究。本文创造性地采用分级导流、多级分流技术进行扁宽车体型材挤压模具型腔结构设计,同时基于型材结构特点及挤压模具设计原则,对模具焊合室、模芯、工作带、模孔、空刀等部位进行了结构及尺寸设计。挤压生产结果表明：分级导流、多级分流的模具型腔设计技术对于平衡金属在模孔宽展方向上的均匀填充有着重要作用。模具焊合室、模芯、工作带、模孔、空刀等部位结构参数设计为型材产品成功开发提供了模具结构基础。利用基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）描述法的专业挤压成型仿真软件进行挤压过程数值模拟,分别对模具二级焊合室、引流孔及工作带进行了多次优化设计,保证了挤出型材各处流速在31.77±4-4mm/s范围内。通过CAE技术进行挤压过程虚拟试模,评价了模具结构参数设计的合理性,并进行即时联动修正,部分代替了高成本的工程试模与修模过程。强度校核结果表明,经优化设计的模具满足受力要求。根据加工设备情况及模具结构尺寸、性能要求,设计了相应的模具加工及热处理工艺。采用CAD/CAM技术实现了模具结构尺寸参数的实体化及加工过程的紧密衔接,保证了模具尺寸精度；采用锻打料退火、“空淬+油淬”二级淬火、多次回火、去应力退火等热处理工艺,有效保证了大型车体模具组织结构稳定性及强韧性,提高了挤压模具使用寿命。全程跟踪了模具实际挤压生产过程,根据挤出型材料头、中料情况,制定相应修模措施。仅经过两次实际生产试模、修模,即成功挤压生产106XC型材58吨,表明：本课题模具结构设计及制造工艺合理,且CAE技术能有效减少实际生产试模次数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 分流挤压及挤压工模具概述
• 1.2.1 分流挤压工作原理
• 1.2.2 铝型材挤压工模具的工作条件
• 1.2.3 铝型材挤压工模具的性能要求
• 1.3 铝型材挤压工模具制造技术研究
• 1.3.1 轨道列车车体型材简介
• 1.3.2 铝型材挤压工模具合理选材
• 1.3.3 铝型材挤压工模具设计研究现状
• 1.3.4 铝型材挤压模具加工制造
• 1.3.5 铝型材挤压模具热处理技术研究
• 1.4 数值模拟技术在金属塑性成形中的应用
• 1.5 课题研究思路
• 第二章 106XC铝合金型材挤压模具结构设计
• 2.1 106XC铝合金型材工艺分析
• 2.2 模具种类选择
• 2.3 挤压参数的选择
• 2.4 分流孔设计
• 2.5 分流桥设计
• 2.6 模芯（或舌头）设计
• 2.7 焊合室设计
• 2.8 模孔尺寸设计
• 2.9 模孔工作带设计
• 2.10 模孔空刀结构设计
• 2.11 螺钉孔、销钉孔、助吊孔及透气孔设计
• 2.12 本章小结
• 第三章 挤压过程虚拟试模及模具优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 专业挤压模拟软件HYPERXTRUDE
• 3.3 模拟过程描述
• 3.4 有限元模型的建立及物理参数的设置
• 3.4.1 几何模型的建立
• 3.4.2 数值模拟模型的建立
• 3.5 数值模拟结果分析及模具结构优化设计
• 3.5.1 初始设计数值模拟结果分析
• 3.5.2 第一次优化设计数值模拟结果分析
• 3.5.3 第二次优化设计数值模拟结果分析
• 3.5.4 第三次优化设计
• 3.6 模具强度校核
• 3.6.1 分流桥抗弯强度校核
• 3.6.2 分流桥抗剪强度较核
• 3.7 本章小结
• 第四章 模具热处理及加工制造工艺
• 4.1 模具材料选择
• 4.2 H13模具钢的热处理工艺
• 4.2.1 锻打H13钢退火
• 4.2.2 H13钢淬火
• 4.2.3 H13钢的回火
• 4.2.4 H13钢去应力退火及氮化
• 4.3 模具加工制造
• 4.3.1 模具加工工艺路线
• 4.3.2 车加工
• 4.3.3 CNC加工
• 4.3.4 电加工
• 4.3.5 后工序
• 4.4 本章小结
• 第五章 106XC型材挤压生产
• 5.1 第一次挤压试模及修模
• 5.2 第二次挤压试模及修模
• 5.3 106XC型材生产
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果
• 附件