導(dǎo)語：機(jī)械自緊工藝控制參量探索一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

沖頭形狀在很大的程度上決定了需要推力的大小，根據(jù)以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖1中沖頭前錐角取為1.5°，可顯著減小推力。沖頭后引導(dǎo)角設(shè)計(jì)與摩擦角相等，大大減小沖頭后引導(dǎo)面與厚壁圓筒內(nèi)壁的摩擦力。圓柱部長度h的選擇除減小沖頭與厚壁圓筒內(nèi)壁摩擦力以外，要保證厚壁圓筒內(nèi)壁表面變形的一致性，簡化厚壁圓筒內(nèi)壁后續(xù)處理的難度。沖頭圓柱部長度h=6mm時(shí)，能夠使得沖頭與厚壁圓筒內(nèi)壁摩擦力保持在較低水平，也能夠保證厚壁圓筒內(nèi)壁表面機(jī)械自緊后的光潔度［4］。本實(shí)驗(yàn)的沖頭采用碳化鎢粉末，用模具壓制成型，然后燒結(jié)，再經(jīng)過400MPa～600MPa的等靜壓工藝制成。擠擴(kuò)過程的潤滑采用二硫化鉬。為了保證沖頭便于進(jìn)入試件，在試件前方制作一個(gè)沖頭的引導(dǎo)部，引導(dǎo)部的參數(shù)應(yīng)該和沖頭前錐角的參數(shù)保持一致制作的厚壁圓筒試件的壁厚比w從1.8到2.3，試件內(nèi)半徑a的范圍是12.23mm～12.37mm。由于沖頭圓柱段的公稱直徑為25mm，即直徑過盈量的范圍是0.26mm～0.54mm。實(shí)驗(yàn)的機(jī)械自緊過程在圖3的實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行。機(jī)械自緊后測定試件的再屈服壓力，自緊厚壁圓筒的再屈服壓力是指厚壁圓筒自緊后內(nèi)表面不產(chǎn)生新的殘余變形時(shí)所能承受的最大壓力。本文的再屈服實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖4，倍加器的最大工作壓力為1400MPa，由英國貝爾法斯特皇后大學(xué)(Queen''''sUniversityBelfast)研制。

實(shí)驗(yàn)原理及流程

利用液壓泵作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力油缸中的活塞運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)具有一定過盈量的沖頭強(qiáng)迫通過厚壁圓筒，使厚壁圓筒產(chǎn)生塑性變形完成自緊。在厚壁圓筒外表面的對稱位置上，分別在切向和軸向粘貼應(yīng)變片，可以測量自緊過程中厚壁圓筒的切向應(yīng)變εθb、軸向應(yīng)變εθz以及自緊后的殘余應(yīng)變。在推桿的同一高度上，沿軸線方向?qū)ΨQ的粘貼了兩片應(yīng)變片，同時(shí)采集兩片應(yīng)變片的輸出結(jié)果。實(shí)驗(yàn)的第一階段通過對不同壁厚比，不同過盈量的厚壁圓筒進(jìn)行機(jī)械自緊，采集機(jī)械自緊過程中的沖頭推力、沖頭位移、厚壁圓筒的切向和軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行再屈服實(shí)驗(yàn)。厚壁圓筒機(jī)械自緊后，要進(jìn)行穩(wěn)定化處理(在小于350℃溫度條件下，保溫4h～6h)和機(jī)械加工，在此之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)第二階段的再屈服實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和擬合公式

沖頭推力實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)_頭推力是一個(gè)隨著沖頭的行程而不斷變化的量，從圖5中的K1-2試件推力-位移曲線可以看出沖頭推力變化分為3個(gè)階段。第1階段是沖頭前導(dǎo)面與試件接觸開始擠擴(kuò)到?jīng)_頭圓柱段完全進(jìn)入試件，這是擠擴(kuò)過程的初始階段，沖頭推力隨著位移迅速的增大并達(dá)到峰值。第2階段是沖頭的圓柱段在試件內(nèi)的行程，這是擠擴(kuò)過程的主體，沖頭推力從第一階段的峰值略有下降之后達(dá)到一個(gè)較穩(wěn)定的狀態(tài)，推力隨沖頭行程變化不大。第3階段是沖頭的圓柱段完成試件內(nèi)的行程逐漸離開試件的過程，這個(gè)階段與第1階段相反，沖頭推力隨著位移迅速減小，直到擠擴(kuò)過程結(jié)束。第2階段是沖頭的工作階段，也是推力穩(wěn)定的階段，取第2階段推力的平均值作為推力的大小。

外表面應(yīng)變實(shí)驗(yàn)結(jié)果監(jiān)測試件外表面應(yīng)變能夠判定機(jī)械自緊的實(shí)際效果，是主要的工藝控制參量。圖6是B5-1試件的外表面應(yīng)變隨沖頭位移變化關(guān)系。比較該試件機(jī)械自緊后的切向殘余應(yīng)變和軸向殘余應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，兩者的絕對值差別較大，對自緊后厚壁圓筒的強(qiáng)度分析而言，起主要作用的是切向殘余應(yīng)力，軸向殘余應(yīng)力的影響很小。

3.3機(jī)械加工對試件的影響機(jī)械自緊后的毛坯一般先進(jìn)行低溫穩(wěn)定化處理再進(jìn)行機(jī)械加工成為成品，低溫穩(wěn)定化會(huì)降低鮑辛格效應(yīng)系數(shù)［5］，影響反向屈服區(qū)的殘余應(yīng)力水平。機(jī)械加工后厚壁圓筒中的殘余應(yīng)力會(huì)重新分布，以上兩種工藝過程都會(huì)造成自緊后厚壁圓筒再屈服壓力的變化。表2是厚壁圓筒半精加工毛坯先穩(wěn)定化處理再進(jìn)行內(nèi)膛的鏜削后，進(jìn)行再屈服實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，給出了再屈服壓力的確定方法［6］。

機(jī)械自緊主要工藝參量的影響因素分析

沖頭推力的影響因素較多，在沖頭和厚壁圓筒結(jié)構(gòu)確定后，有潤滑條件下影響沖頭推力的主要因素是沖頭圓柱部的過盈量。由于機(jī)械自緊過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，應(yīng)變測量簡便可靠，沖頭推力-位移曲線、沖頭位移-外表面應(yīng)變曲線是工藝控制的關(guān)鍵曲線，對應(yīng)變電橋?qū)嵤囟妊a(bǔ)償，沖頭推力和厚壁圓筒的切向和軸向應(yīng)變測量精度有可靠的保證。由于鮑辛格效應(yīng)，厚壁圓筒內(nèi)表面附近存在反向屈服區(qū)，半精加工毛坯到成品管的加工一般以內(nèi)表面鏜削為主，輔之以外表面車削。穩(wěn)定化處理對鮑辛格效應(yīng)的改善有一定貢獻(xiàn)［5］。因此，根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)流程，本文中加工影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是穩(wěn)定化處理和加工后殘余應(yīng)力重新分布的綜合結(jié)果。

結(jié)束語

通過實(shí)驗(yàn)測量了機(jī)械自緊過程中沖頭推力-位移曲線。在沖頭和厚壁圓筒結(jié)構(gòu)確定后以及有潤滑的條件下，沖頭推力與過盈量成正比。給出的推力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，形式簡便，能控制計(jì)算誤差范圍在±10%以內(nèi)，適合于工程應(yīng)用。對機(jī)械自緊的厚壁圓筒外表面應(yīng)變的測量，可以監(jiān)測機(jī)械自緊的全過程，檢驗(yàn)機(jī)械自緊的實(shí)際效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示對自緊后厚壁圓筒的強(qiáng)度分析而言，起主要作用的是切向殘余應(yīng)力。自緊后進(jìn)行穩(wěn)定化處理有助于減小鮑辛格效應(yīng)的影響，但其機(jī)理和定量分析還有待深入的研究。加工后的再屈服實(shí)驗(yàn)表明，將加工前后厚壁圓筒的徑比變化控制在±8%以內(nèi)，則再屈服壓力的變化不超過±8%。

作者：袁人樞伍兵單位：南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院