钢带缠绕模具张力设计理论与缠绕装置的研究

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1、济南大学硕十学位论文摘要在冷挤压、冷锻、金刚石合成过程中，模具型腔表面承受着巨大的工作压力，且温度较高，因此，对模具的承载能力提出了很高的要求。采用整体式模具结构难以承受工作过程中产生的巨大切向拉应力作用，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达不到要求。提高模具强度及刚度的措施有两种，一种可以采用高强度模具材料，如：硬质合金材料等；另一种可以采用预应力结构，为模具提供径向的预紧力，在模具中产生切向压应力，部分或者全部抵消工作内压力产生的切向拉应力。模具预紧技术分为组合预应力环和缠绕式两种类型。缠绕式预紧结构又分为钢带缠绕和钢丝缠绕。钢带缠绕预应力模具采用高

2、强度薄钢带对模芯进行缠绕，通过缠绕张力对模芯产生一定的径向预紧力。钢带缠绕预应力模具是一种新型的预应力模具，已在发达国家得到应用，而我国对缠绕式预应力结构模具的研究尚处于起步阶段，还没有形成成熟的设计理论，也没有研制出专用的钢带缠绕模具制造设备。本文以钢带缠绕预应力模具为研究对象，分析了预紧状态和工作状态下模芯的应力分布情况，考虑钢带层间摩擦力因素的影响，基于拉美公式等理论建立了缠绕过程的缠绕力学模型。该部分研究工作包括：(1)提出并建立了最佳预紧状态缠绕层数的确定方法，采用VC++编写计算程序。(2)根据模芯材料的不同，将其分为塑性材料和脆性材料两大类，在分析材料破坏机理的

3、基础上，得到了不同的缠绕预应力表达式。(3)建立了缠绕过程中钢带张力计算公式。可根据已知的模具工作载荷、模芯和钢带材料性能参数，确定各层缠绕所需的张力数值，从而建立起缠绕张力理论模型。在建立了缠绕层数确定方法和推导出缠绕张力计算公式的基础上，通过实际算例对设计理论及公式进行了应用分析与验证。得出以下结论：(1)当模芯材料许用强度相同时，脆性材料的缠绕层数大于塑性材料，说明脆性材料需要更大的预应力予以保护。(2)当模芯为塑性材料时，随着材料许用强度的增加缠绕层数不断减少，说明模具材料许用强度越大所需预应力保护越小。(3)工作载荷和模芯材料许用强度一定时，钢带缠绕层数随钢带许用强

4、度的增加而减小。分析结果与实际情况相符，从而证明了本文建立的钢带缠绕预应力模具设计理论及公式的正确性。本文提出并设计了一套变张力钢带缠绕装置，可依照已建立的钢带缠绕预应力模具张力设计理论，实现模具的变张力自动化钢带缠绕。本装置由开卷、校平、张力控制、张力检测、缠绕装置等部分组成，其中张力控制装置由张力粗调和细调两部分组1钢带缠绕模具张力设计理论与缠绕装置的研究成。在张力检测装置内安装压力传感器可实时采集缠绕张力的实际值，在缠绕装置内设有编码器检测计算模具钢带缠绕层数。压力传感器和编码器将实时获取的缠绕张力和缠绕层数的数据输入张力自动控制系统，自动控制系统将张力理论值与检测值比

5、较，发出控制信号，通过控制和调节油缸油压和缠绕装置电机转矩，实现变张力条件下的闭环控制。为了更好的实现缠绕过程中对钢带张力的控制，本文对影响理论控制曲线的因素进行了分析。综上所述，本论文针对钢带缠绕预应力模具的张力设计理论和缠绕装置开展了研究，得到了缠绕张力公式和最佳缠绕层数确定方法，设计了变张力缠绕装置，并对装置的理论控制曲线影响因素进行了分析，所取得的研究成果对推动钢带缠绕预应力模具技术在我国的开展具有一定的参考价值。关键词：预应力模具；钢带缠绕；张力；设计理论；缠绕装置Ⅱ济南人学硕士学位论文AbstractDuringtheprocessesofcold·extrudi

6、ng，cold—forginganddiamondsynthesis，thedie’Scavityissubjectedtohiglltemperatureandultrahi曲pressure．Therefore，thehighsupportingcapacityofdiesisrequired．Ifintegraldieisused，thediematerialisnotabletosubjecttotheworkingtangentialtensionstress，whichleadstocracksandexcessivedeformationingeometryof

7、diecavity．Therearetwomethodstoimprovethestrengthandrigidityofdies：oneisthedies’materialcanbechosen诵tll11i曲一strengthmaterialssuchascementedcarbidematerials；theotheristousethepre—stressedstructure．Pre-stressedstructureCanprovidearadialpre—stressonexternals