超高压静液挤压筒设计分析方法及密封性能研究

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静液挤压具有挤压力小、模具磨损较少、材料变形均匀、挤压后制品尺寸精度高、表面光洁等优点,广泛应用于异型材、高温合金、难加工材料等的挤压加工;而超高压(>1000MPa)挤压是加工钨合金等难变形合金的主要手段,将二者相结合,超高压静液挤压是生产高质量难变形合金挤压件的有效途径。目前,超高压静液挤压的生产应用还比较少,这主要受制于目前超高压挤压筒的设计机理以及超高压静液挤压的密封技术研究十分有限,为此,系统研究超高压挤压筒设计分析方法,对比分析超高压挤压筒设计方案及结构形式,探索超高压挤压筒疲劳寿命的预测方法,研究超高压静液挤压密封性能关键技术,这对于超高压静液挤压技术的推广应用具有较好的理论指导意义和实用价值。本文的主要研究内容如下:(1)开展了挤压筒力学模型研究。建立多层组合式挤压筒和钢丝缠绕型挤压筒的力学模型,并和有限元仿真和已有实验案例进行对比分析,为超高压挤压筒选型提供理论支撑;(2)进行了超高压挤压结构方案比较和结构形式分析研究。在力学模型基础上建立数学优化模型,并比较各方案极限承载能力。同时对挤压筒缠绕方式和芯筒层数进行比较分析,为钢丝缠绕型超高压挤压筒的参数设计提供理论依据;(3)进行了超高压挤压筒服役寿命研究。首先确定一组承载能力为1500Mpa的钢丝缠绕型超高压挤压筒设计参数,并分析其在挤压过程中的应力分布规律;通过处理材料疲劳试验数据,拟合得到应变寿命曲线,基于线性疲劳累积损伤理论展开对挤压筒服役寿命的评估;(4)研究了一种典型的超高压静液挤压密封结构。引入弹性流体动力润滑理论和Westeneng表面接触模型,以及数值模拟技术;结合有限元仿真结果展开对该种密封结构泄漏率和粘性摩擦力的计算分析,为系统研究超高压静液挤压密封装置的性能及其影响因素提供了新思路。本文结合理论分析与数值模拟等方式对超高压挤压筒的设计方案选型及其服役寿命预测和超高压静液挤压密封的性能进行了分析评估,研究结果可为超高压静液挤压筒设计分析与密封性能研究提供参考。
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