基于有限元的精锻机锤头再制造技术与工艺研究

【摘要】随着工业的发展，政府和越来越多的企业倡导发展循环经济，再制造成为企业生产不可缺少的部分。径向锻造机锤头为径向锻造机的核心部件，其工作环境差，表面易产生磨损。进口锤头的价格昂贵，因此对锤头进行再制造修复极其重要，通常采用堆焊手段进行修复。锤头由“基体+过渡层+表面层”三种材料组成，并由堆焊的方法焊接熔合。本文首先回顾了精锻机及再制造技术的国内外发展趋势，并对焊接有限元技术的发展作了回顾，总结了ANSYS有限元软件的分析步骤，焊接有限元的数值模拟是分析焊接过程的应力变形的重要手段。本文制定了锤头坯体的制造工艺，为企业自制锤头提供了理论依据。根据锤头的工作情况，利用ANSYS有限元软件结构分析功能分析锤头工作中的受力变形情况，从理论上得到锤头在工作中的变形磨损主要为顶面磨损。采用再制造堆焊手段对磨损后的锤头进行修复。锤头基体材料为56NiCrMoV7，工作层材料为高温合金GH520，采用ANSYS软件及APDL语言编程对表面层堆焊进行数值模拟。在此基础上模拟了不同工艺参数下，堆焊层的温度场变化情况，分析得知，不同的预热温度对节点的最高温度有影响，且预热温度越高，节点的最高温度越高，不同的焊接速度对材料的熔敷有一定的影响，当焊接速度增大时，节点温度降低。当焊接速度过大时，会使温度降低，使得表层高温合金与过渡层不能够很好的进行熔敷，容易导致裂纹的产生，直接影响焊接质量。将焊接温度场分析结果作为载荷进行堆焊应力场分析，采用ANSYS间接热力耦合法进行。分析出在焊接热源移动方向，表现为拉应力，离热源较近区域，热应力较大，垂直焊接热源移动方向，焊接起始端表现为压应力，并逐渐变为拉应力，最后达到平衡。按照指定的锤头制造工艺及堆焊工艺，将制造后的锤头应用到晋西车轴厂的生产中发现，锤头使用状况良好，且用堆焊技术修复后的锤头在工作中同样满足生产需要，通过再制造手段能够节约材料，为企业减少成本。
【作者】曹敏曼；
【导师】辛志杰；
【作者基本信息】中北大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】精锻机；再制造；堆焊；有限元；温度场；应力场；锤头；

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