钢带缠绕预应力模具张力分析与试验研究

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1、济南大学硕士学位论文钢带缠绕预应力模具张力分析与试验研究摘要在现代制造业中，模具技术是衡量制造业水平高低的重要标志。采用模具生产制件具备高精度、高复杂程度、高一致性，是其他加工方法所不能比拟的。在冷挤压、冷锻、金刚石合成过程中，模具型腔表面承受着很大的工作载荷，且温度较高，因此，对于模具的承载能力要求非常高。由于模具材料的抗拉强度有限，普通整体式模具结构难以承受工作过程中较大的切向拉应力作用，模具易出现裂纹导致失效，或者型腔过度变形导致产品尺寸精度较低。若要提高模具的强度和刚度，一方面可以使用高强度的模具材料；另一方面可以通过改变模具结

2、构，降低其工作时的应力水平。已有的研究表明，在已确定模具材料的前提下，通过增加模具壁厚对提高模具的强度与刚度的作用不大，最有效的措施应是在模具结构上采用预应力增强技术，通过在模具外表面上施加径向预应力，减小或消除切向拉应力或最大剪应力的破坏作用。钢带缠绕预应力模具采用高强度薄钢带对模具进行缠绕，通过缠绕张力对模具产生一定的径向预紧力，部分或全部抵消工作过程中由于内压在模具凹模内壁上产生的切向拉应力，使模芯和钢带缠绕层的预应力分布达到最佳，从而提高模具的强度和刚度。目前，我国对预应力缠绕模具的研究还处在初期阶段，尚没有成熟的设计理论为实际

3、生产提供技术支撑。本文以钢带缠绕预应力模具为研究对象，忽略摩擦力的影响，采用Lame’S方程分析了其在工作状态下以及缠绕状态下的应力状态。通过分析计算，首先得出钢带缠绕的层数，然后把模具的受力状态分为工作状态和缠绕状态，在缠绕状态下推导出每一层钢带在缠绕过程中的缠绕张力公式，并利用c++编写了可视化的计算程序，使得计算过程更方便、快捷。分析过程及计算公式表明，缠绕张力与芯模以及钢带材料的屈服极限、弹性模量、泊松比、几何尺寸等有关。为了验证缠绕张力公式的正确性，开展了钢带缠绕预应力模具的试验研究。制定了可行的试验方案，自行设计并制造了一套

4、试验装置，并进行了电测试验。为了获取准确的材料机械性能，对模芯和钢带材料进行了拉伸试验，得到了精确的屈服强度。按照试验方案的步骤进行了钢带缠绕试验，缠绕张力按照理论公式进行计算并做为缠绕过程施加载荷的依据。然后把得到的切向应变、径向变形等参数的实I钢带缠绕预应力模具张力分析与试验研究验值与理论计算值进行比较，以验证缠绕张力理论公式的正确性。结果表明本文建立的缠绕张力公式计算方法是可行的，可为钢带缠绕预应力模具设计提供理论依据。关键词：模具；钢带；缠绕：预应力；缠绕张力lIResearchonTensionForceAnalysisand

5、ExperimentStudyofStrip—WoundPrestressedDieAbstractInmodemmanufacturingindustry,dietechnologyisaprimaryindicatorthatjudgesthelevelofmanufacturing．Diemanufacturedproductscharacterizedbyhighaccuracy,highcomplexityandhighconsistency,aresuperiortotheproductsmanufacturedbyothe

6、rproductionmethods．Duringtheprocessofcold·extruding，cold·for#nganddiamondsynthesis，thediecavitybearshightemperatureandhighpressure，thediebearingcapacityisthereforestrictlyexpected．Owingtothelimitedtensilestrength，thediematerialisnotabletobeartheworkingtangentialtensionst

7、ress，ifordinaryintegraldieisused，whichleadstocracksandfinalfailure，orexcessivecavitydeformingandbadaccuracycontr01．Thestrengthandstiffnessofdiescouldbeimprovedbythefollowingtwoways：(1)．employinghigh-strengthmaterialstoimprovethematerialcharacteristics；(2)．modifyingthestr

8、ucturetodecreasetheworkingstresslevelandimprovetheperformanceofdie．Existingstudiesshowthatincreasingthe