一种十字轴等温多向热挤压成形方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种十字轴等温多向热挤压成形方法及装置，采用有限元方法计算终成形状态的零件在合模后的热量扩散过程的温度场，获得热量扩散温度场梯度变化的等温线图；按锻件轴心纵向平行方向，选择与成形温度值相等的等温线，靠近等温线位置均匀布置加热棒，然后控制加热棒的温度等于其位置所处等温线温度，建立等温挤压成形的温度条件；在接近模具型腔表面安装测温热电偶，通过测温系统监测控制模具温度；对胚料进行等温多向挤压工艺，得到成形零件；通过传热学优化，优选的在成形零件轮廓与模具接触界面的热传导温度场中，寻找合适的等温线上布置加热棒，可以防止局部过热，又可以均衡的补充热能。以均衡的补充热能。以均衡的补充热能。

【技术实现步骤摘要】
一种十字轴等温多向热挤压成形方法及装置


[0001]本专利技术涉及间隔棒
，具体为一种十字轴等温多向热挤压成形方法及装置。

技术介绍

[0002]间隔棒作为一种常用的电力器材，在输电线路上应用广泛。常规的阻尼间隔棒技术主要靠间隔棒各连接部位的缓冲材料实现，以降低分裂导线微风振动或次档距振动。间隔棒支架的十字轴承受振动扭转载荷，长期处于疲劳载荷下工作。十字轴的载荷来自于对偶橡胶元件的压缩与恢复的非线性特性，当过大的冲击载荷出现，或者由于长期运行橡胶块老化失去原有的物理性质，十字轴将遭受冲击破坏，导致间隔棒阻尼特性失效，成为潜在的线路事故原因。
[0003]用高强铝合金锻造可以提高十字轴的强韧性，但是现有的锻造方法成形精度不高，且材料利用率低。本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种等温多向挤压成形技术，在提高成形精度的同时，可以极大的降低了常规锻造的飞边及后期切削加工量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种十字轴等温多向热挤压成形方法及装置，通过传热学优化，优选的在成形零件轮廓与模具接触界面的热传导温度场中，寻找合适的等温线上布置加热棒，可以防止局部过热，又可以均衡的补充热能，还通过一次锻压
‑
挤压复合挤压成形零件，金属材料利用率提高到90％以上，远高于常规锻压材料利用率45
‑
65％水平，达到近净成形的先进技术水平，上述数据是通过实验数据得到的，解决了其复杂截面的成形性问题，且无大量锻造飞边、大大减少后续机械加工的成本。r/>[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种十字轴等温多向热挤压成形方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1，采用有限元方法计算终成形状态的零件在合模后的热量扩散过程的温度场，获得热量扩散温度场梯度变化的等温线图；
[0007]步骤S11，建立热传导方程，给定初始条件和边界条件；
[0008]步骤S12，按空间离散化；
[0009]步骤S13，按时间离散化；
[0010]步骤S14，线性化；
[0011]步骤S15，求解线性方程组；
[0012]步骤S16，非线性迭代是否收敛，如否，则跳转到步骤S14；
[0013]步骤S17，当前解是否已达到稳态，如否，下一时间步进入到步骤S13；
[0014]步骤S2，根据步骤S1计算得到温度场梯度变化的等温线图，按锻件轴心纵向平行方向，选择与成形温度值相等的等温线，靠近等温线位置均匀布置加热棒，然后控制加热棒的温度等于其位置所处等温线温度，建立等温挤压成形的温度条件；
[0015]步骤S3，在接近模具型腔表面安装测温热电偶，通过测温系统监测控制模具温度；
[0016]步骤S4，对胚料进行等温多向挤压工艺，得到成形零件；
[0017]1)下料，保持胚料端面平行度；
[0018]2)将胚料加热到始锻温度；
[0019]3)通过测温系统监测模具温度，先控制加热棒将模具的上模块和下模块预热到低于成形温度的80
‑
100℃；
[0020]4)将坯料水平放置到下模块中，并将上模块和下模块合模，再控制加热棒的温度等于其位置所处等温线温度，使得容纳腔内建立等温挤压成形的温度条件，获得成形件的初始外轮廓形状；
[0021]5)模具两侧水平挤压冲头从两端挤压直到空连皮的规定位置，挤压出内孔，继续充填外轮廓和端头凸台，直到水平挤压冲头挤压合模完成；
[0022]6)模具两侧水平挤压冲头退回原位，上模块退回原位，取出成形零件。
[0023]优选的，在步骤S11中，根据傅里叶导热定律和能量守恒原理，计算得到笛卡尔坐标系中三维非稳态导热偏微分方程为：
[0024]其中：T表示物体的瞬时温度，T是坐标x，y，z和时间t的函数；t代表传热过程时间；λx、λy、λz分别表示材料在x，y，z三个坐标方向上的热导率；ρ为材料的密度；c为材料的比热容；Q表示单位时间内单位体积中内热源的生成热；x，y，z为笛卡尔坐标。
[0025]优选的，当材料为均质且各向同性，计算得到热传导方程为：其中，α＝λ/ρc；α表示热扩散率，λ表示材料的热导率。
[0026]优选的，当对均质各向同性材料且无内部热源时，则计算得到热传导方程为：
[0027]优选的，当物体处于非稳态导热时的初始条件公式为：T(x，y，z，t)|
t＝0
＝f(x，y，z)。
[0028]优选的，当物体初始温度均匀分布时，初始条件公式为：T(x，y，z，t)|
t＝0
＝常数。
[0029]优选的，边界条件公式为：其中，Ts表示固体表面温度，n为表示热传导的法矢量方向，h为模具外侧与周围流体的换热系数，T
f
为周围流体温度。
[0030]优选的，在步骤S12中，首先，将求解域离散为有限个单元体，对每个单元体建立相应的变分方程，并将单元变分方程组合得到整体有限元方程组，写成矩阵的形式为：[C]{T
′
}+[K]{T}＝{Q}；
[0031]其中，[C]为比热矩阵；[K]为传导矩阵；{T}为节点温度列向量；{T
’
}为节点温度对时间的导数；{Q}为节点热流率列向量。
[0032]优选的，在步骤S13中，在时间域用等时间间隔Δt进行离散，则得到递推公式为：
其中，θ为加权系数，Tn是温度T被离散后，在不同时刻，从内向外的不同时刻的温度。
[0033]本专利技术还提供一种应用上述的十字轴挤压成形方法的装置，包括上模块、下模块、上模座、下模座、第一隔热垫板、第二隔热垫板、水平挤压冲头、加热棒、导线通道、楔器机构连接装置、测温系统、等温线计算系统，所述上模座固定于所述上模块上方，所述上模座与上模块之间设有第一隔热垫板，所述下模座固定于所述下模块下方，所述下模座与下模块之间设有第二隔热垫板，所述上模块位于下模块上方，所述上模块具有第一容纳腔，所述下模块具有第二容纳腔，所述第二容纳腔和所述第一容纳腔之间形成用于挤压胚料的容纳腔，所述容纳腔两侧的水平挤压冲头从两侧插入容纳腔内，所述水平挤压冲头远离容纳腔的一端上设有楔器机构连接装置，所述上模块内设有多个导线通道，所述导线通道依次经过上模块、第一隔热垫板、上模座后引出，且所述导线通道内部安装测温热电偶，所述等温线计算系统通过有限元方法并根据非规整曲面的等温场分析计算获得温度场梯度变化的等温线图，并根据等温线图选择靠近容纳腔的等温线的位置布置加热棒，然后控制加热棒的温度等于其位置所处等温线温度，所述测温热电偶将采集到的温度信息传输给测温系统，所述测温系统通过控制器动态调整上下模块的温度。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0035]1、本专利技术将导热偏微分方程代表热传导现象规律与十字轴等温多向热挤压成形的导热问题的温度分布相融合，利用了表征该特定问题的一些定解条件，如初始条件和边界条件，来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种十字轴等温多向热挤压成形方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，采用有限元方法计算终成形状态的零件在合模后的热量扩散过程的温度场，获得热量扩散温度场梯度变化的等温线图；步骤S11，建立热传导方程，给定初始条件和边界条件；步骤S12，按空间离散化；步骤S13，按时间离散化；步骤S14，线性化；步骤S15，求解线性方程组；步骤S16，非线性迭代是否收敛，如否，则跳转到步骤S14；步骤S17，当前解是否已达到稳态，如否，下一时间步进入到步骤S13；步骤S2，根据步骤S1计算得到温度场梯度变化的等温线图，按锻件轴心纵向平行方向，选择与成形温度值相等的等温线，靠近等温线位置均匀布置加热棒，然后控制加热棒的温度等于其位置所处等温线温度，建立等温挤压成形的温度条件；步骤S3，在接近模具型腔表面安装测温热电偶，通过测温系统监测控制模具温度；步骤S4，对胚料进行等温多向挤压工艺，得到成形零件；1)下料，保持胚料端面平行度；2)将胚料加热到始锻温度；3)通过测温系统监测模具温度，先控制加热棒将模具的上模块和下模块预热到低于成形温度的80～100℃；4)将坯料水平放置到下模块中，并将上模块和下模块合模，再控制加热棒的温度等于其位置所处等温线温度，使得容纳腔内建立等温挤压成形的温度条件，获得成形件的初始外轮廓形状；5)模具两侧水平挤压冲头从两端挤压直到空连皮的规定位置，挤压出内孔，继续充填外轮廓和端头凸台，直到水平挤压冲头挤压合模完成；6)模具两侧水平挤压冲头退回原位，上模块退回原位，取出成形零件。2.根据权利要求1所述的十字轴等温多向热挤压成形方法，其特征在于：在步骤S11中，根据傅里叶导热定律和能量守恒原理，计算得到笛卡尔坐标系中三维非稳态导热偏微分方程为：其中：T表示物体的瞬时温度，T是坐标x,y,z和时间t的函数；t代表传热过程时间；λx、λy、λz分别表示材料在x,y,z三个坐标方向上的热导率；ρ为材料的密度；c为材料的比热容；Q表示单位时间内单位体积中内热源的生成热；x,y,z为笛卡尔坐标。3.根据权利要求2所述的十字轴等温多向热挤压成形方法，其特征在于：当材料为均质且各向同性，计算得到热传导方程为：其中，α＝λ/ρc；α表示热扩散率，λ表示材料的热导率。
4.根据权利要求2或3所述的十字轴等温多向热挤压成形方法，其特征在于：当对均质各向同性材料且无内部热源时，则计算得到热传导方程为：5.根据权利要求1所述的十字轴等温多向热挤压成形方法，其特征在于：当物体处于非稳态导热时的初始条件公式为：T(x，y，...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜力，刘之毅，刘耀，王针，张豪，侯开冰，张宜生，王义林，
申请(专利权)人：中国电建集团成都电力金具有限公司，
类型：发明
国别省市：