高精密模具设计论文提纲

论文题目：整体型球头关节模压成形工艺研究

摘要：整体型自润滑球头关节具有良好的自润滑性、结构紧凑及安全性高等特点,在众多高精密活动关节（如仿生人体髋关节、并联机构活动关节）联接中被广泛采用。纵观我国对于整体型球头关节的研究领域,会发现诸多不足之处,如制造精度无法满足高精度的应用场合;关节寿命偏低等。整体型球关节的高精密成形工艺是制约其应用在高精密、超高精密场合的关键。在制造成形过程中,提高球座内表面的质量、减小内外圈之间的挤压力、在球头和球座之间形成均匀间隙的高精度球面,是本课题的研究关键。本文所提出的模压成形工艺对整体型球头关节的精密成形制造具有重要的研究价值。论文的主要内容有:首先,对整体型自润滑关节轴承制造工艺的国内外研究现状进行了分析,对冷挤压工艺与“非约束表面定向成形”原理的概念进行了阐述,同时列举了传统球头关节热成形下的不足和局限。分析了整体型球头关节的结构特点,制造难点。然后,基于“非约束表面定向成形”原理,针对整体型球头关节,提出了等间隙的模压成形工艺思想,剖析了其工艺原理,确定了模具内腔,对模具进行了结构设计。另外,确定了坯料结构方案,对模压成形工艺进行了虚拟试验,通过单因素分析方法对影响几何精度的各个主结构参数进行了虚拟试验,得出了各个主结构参数的影响规律,对几何精度进行分析,为进一步优化建立优化目标。最后,对模压工艺进行了模拟优化,通过最优拉丁超立方抽样进行取样,利用径向基神经网络算法进行近似模型的建立,通过粒子群优化算法对模型进行多目标优化,得到对几何精度影响显著的结构参数最优组合。并对优化结果进行有限元验证。本文所提出的整体型球头关节的精密模压工艺方法,不仅丰富了整体型球头关节的高精度制造技术,同时也为等间隙包络式结构的成形问题提供有效的解决途径。

关键词：整体型球头关节;模压成形工艺;虚拟试验;多目标优化

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 压铸成形工艺概述

1.3 整体型球头关节的特点及国内外研究现状

1.3.1 整体型球头关节的特点

1.3.2 球头关节成形工艺研究现状

1.3.3 整体型关节轴承制造技术国外研究现状

1.3.4 整体型关节轴承制造技术国内研究现状

1.4 主要研究内容、研究意义及技术路线

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 研究意义

1.4.3 技术研究路线

第2章 成形原理与模压工艺设计

2.1 冷挤压成形原理

2.2 非约束表面定向成形原理

2.3 整体型球头关节模压成形工艺

2.3.1 整体型球头关节模压工艺方案的确定

2.3.2 整体型球头关节模压成形工艺分析

2.4 挤压模具模腔结构设计

2.4.1 挤压模具模腔结构方案设计

2.5 模具结构设计

2.5.1 凹模结构确定

2.5.2 球头杆夹持装置

2.5.3 模具整体结构

2.6 成形压力的近似计算

2.7 本章小结

第3章 整体型球关节模压工艺数值模拟

3.1 塑性成形数值模拟方法概述

3.1.1 挤压工艺数值模拟技术

3.1.2 模压工艺数值模拟分析流程

3.1.3 金属材料塑性有限元方法

3.2 模压工艺数值模拟模型创建

3.2.1 球座外圈坯料型腔结构方案初拟和几何模型的创建

3.2.2 坯料材料模型创建

3.2.3 设定分析环境

3.3 关节球座外圈坯料方案的确定

3.4 单因素法分析坯料结构参数对几何精度的影响

3.4.1 坯料各结构参数取值范围

3.4.2 球座顶部半径R_1对几何精度的影响

3.4.3 球座中部半径R_2对几何精度的影响

3.4.4 球座底部半径R_3对几何精度的影响

3.4.5 坯料厚度T对几何精度的影响

3.5 球头关节模压几何精度和力学性能分析

3.5.1 球座内表面几何精度分析

3.5.2 回弹分析

3.5.3 残余应力分析

3.6 本章小结

第4章 整体型球关节模压工艺优化

4.1 优化分析方法概述

4.1.1 整体型球头关节模压工艺优化流程

4.1.2 近似模型方法概述

4.1.3 粒子群优化算法（PSO）

4.1.4 多目标优化问题概述

4.1.5 样本数据的试验设计概述

4.1.6 径向基神经网络模型原理概述

4.2 整体型球头关节模压成形优化模型的创建

4.2.1 参数变量的确定

4.2.2 约束条件的建立

4.2.3 优化目标的确定

4.3 基于RBF近似模型的PSO优化分析

4.3.1 近似模型的误差分析

4.3.2 优化数据处理

4.3.3 基于粒子群算法的工艺优化结果

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢