粉末冶金产品毛刺机械去除机理分析与实验研究

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1、上海交通大学硕士学位论文粉末冶金产品毛刺机械去除机理分析与实验研究姓名：于伯忠申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：王石刚;谢维仁2001.2.1摘要本文主要内容是研究粉末冶金产品机械去毛刺机理分析及实验工作，并根 据研究成果设计了新型自动去毛刺设备，本文的工作主要分为四个部分： 第一、粉末冶金产品去毛刺有限元建模分析。本部分以典型粉末冶金产品 摩托车从动齿轮去毛刺为例，根据机械盘刷式去毛刺方式的特点，利用有限元 分析方法，对产品毛刺建立分析模型和载荷模型，确定边界条件，通过对计算 结果各种数据的分析而得到产品的最佳去毛刺角度。 第二、机构运动方案的动态仿真及设备设计。本部分是在第一部分研

2、究的 基础上，确定了三种去毛刺机构方案并对各种方案进行了计算机动态模拟仿真， 通过比较各种机构的优缺点，综合各种因素，而确定了粉末冶金产品机械式去 毛刺的最佳机构方案。根据确定的机构方案进行了去毛刺设备的设计。 第三、机械机构模态分析及动态响应分析。通过对去毛刺设备进行模态分 析，得出系统的连续动态响应特征，以此检测设计能否避免共振、材料疲劳以 及其它由于强迫振动带来的有害影响，从而在产品的设计中避免去毛刺过程对 去毛刺精度与产品质量的影响。 第四、实验部分。本部分分析了影响盘刷式去毛刺加工质量的各种因素， 制定了实验方案，改进了实验设备，通过对实验结果的分析，获得了最佳设备 工艺参数。同时对

3、有限元分析结果进行了试验验证，不仅对理论研究成果进行 了一次实践检验，而且确定了粉末冶金产品机械式去毛刺的最佳工艺参数。 ：、总之。本文所做的研究实验工作是目前第一次利用现代理论分析工具，对 粉末冶金产品去毛刺的机理进行了一些有探索性和尝试性的研究，填补了粉末 冶金领域产品去毛刺的空白，具有一定的理论意义。根据实验结果所设计的新 型自动去毛刺设备是首次针对粉末冶金产品去毛刺设备的专业设计，对于扩大 粉末冶金产品的应用领域具有重大意义。同时对于猃塞冶金全些提高市场竞争 能力、保证产品质量和提高生产效率具有一定的应用价值。、 叫A b s t r a c tT h i sa r t i c l e

4、i sm a i n l ya b o u tr e s e a r c ho ft h ed e b u r r i n gm e e h a n i s mo fP Mp r o d u c ta n di t se x p e r i m e n tw o r k ，T h er e s u l t sa r eu s e di nd e s i g nn e wa u t o m a t i cd e b u r i n ge q u i p m e n t T h em a i nt a s k so ft h i sa r t i c l ea r ed i v i d e di

5、n t of o u rp a r t s ：F i r s t l y , e s t a b l i s h i n gf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sm o d e lo fP Mp a r t sd e b u r r i n g T h i sp a r tt a k e sd r i v e ng e a r s ，t h et y p i c a lP Mp a r ta sa ne x a m p l e ，b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm e c h a n i

6、c a ld i s k - b r u s h i n gd e b u r r i n ga n df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sm e t h o d o l o g y , e s t a b l i s h i n ga n a l y s i s m o d e la n dl o a dm o d e l ，d e f i n i n gb o u n d a r yc o n d i t i o n s ，t of i n dt h eo p t i m a ld e b u r r i n ga n g l e S e c o

7、n d l y ，d y n a m i cs i m u l a t i n ga n de q u i p m e n ts c h e m ed e s i g n i n g B a s e do nt h ef o r e g o i n gr e s e a r c ht h i sp a r ti sm a i n l yt oc o m p u t e r i z e d s i m u l a t et h ed e f i n e dt h r e ed e b u r r i n gp r o c e s s e ss c e n a r i o sa n do nt h

8、 eb a s i so fa d v a n t a g e sa n dw e a k n e s sa n a l y s i so ft h et h r e e ，c h o s et h e b e s tm e c h a n i c a lP Mp a r t sd e b u r r i n gs c e n a r i oa n dd e s i g nt h es c h e m ee q u i p m e n t T h i r d l y , a n a l y z i n gm o d ea n dd y n a m i cr e s p o n s e T |

9、l i sp a r ti sm a i n l ya b o u te x p l o r i n gt h ec o n t i n u o u sd y n a m i cr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es y s t e m ，t ot e s tt h ep o s s i b i l i t yo fa v o i d i n gb a di m p a c t sf r o mr e s o n a n c e ，m a t e r i a lf a t i g u ea n do t h e re n f

10、o r c e dl i b r a t i o nS Oa st Oa v o i dt h ei m p a c to fd e b u r r i n gp r o c e s so nd e b u r i r n ga c c u r a c ya n dp r o d u c tq u a l i t yi ne q u i p m e n td e s i g n i n g F o u r t h l y , e x p e r i m e n t i n g T h em a i nt a s ko ft h i sp a r ti sa b o u tv a l i d a

11、 t i n gt h er e s u l t so ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sa n de x p e r i m e n t i n gt h ep r o c e s sp a r a m e t e r so fd e b u r r i n ge q u i p m e n tt od e f i n et h eo p t i m a lp r o c e s sp a r a m e t e r s 、T h i sr e s e a r c hi st h ef i r s to fi t sk i n dw h i c

12、hg o i n gd e e p l yf o rt h ef i r s tt i m ei n t ot h em e c h a n i s mo fP Mp a r t sd e b u r r i n g ，f i l l i n gu pag a pi nd e b u r r i n gr e s e a r c h T h en e wa u t o m a t i cd e b u r r i n ge q u i p m e n ti sa l s ot h ef i r s te q u i p m e n te x c l u s i v ef o rP Md e b

13、 u r r i n g ，w h i c hm a k e sp r a c t i c a lc o n t r i b u t i o n st oi m p r o v i n gq u a l i t ya n de f f i c i e n c y 上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论1 1 课题来源及意义1 1 1 毛刺对粉末冶金产品质量的影响粉末冶金制品具有少无切削、成本低、效率高等特点，近年来在国内外得到 了迅速的发展。其产品应用于机械制造的各个领域。高精度、高强度、形状复杂 的粉末冶金结构件在汽车、摩托车、家用电器及电动工具等领域的大量使用充分 体现了粉末冶金技术水平和

14、市场前景。从粉末冶金产品的制造工艺来看，关键 道序主要分为三部分，一是原材料的制备：二是产品的成型；三是产品的烧结； 在原材料的制备过程中，我们根据产品所需的物理机械性能，将具有一定颗粒大 小的各种金属或非金属粉末进行混合，原材料的组成成份决定了产品的材质性 能，在产品的成型过程中，我们根据产品的形状和精度要求，设计满足粉末成形 的工装模具，使金属粉末变成具有一定强度和形状的压坯，对于一些精度要求高 的产品需要设计两付模具，一付用于金属粉末的成形，一付用于产品的精整，以 进一步提高产品的尺寸精度密度和改善表面粗糙度；在产品的烧结过程中，主要 是将压坯在高温下进行烧结，使压坯粉末颗粒之间的结合力

15、由机械结合力变成晶 体结合力，从而使产品的物理机械性能达到所需的要求，从关键道序工艺要求来看，粉末冶金产品有两个显著特点m _ 3 l _ “ 一是产品材质的多孔性。与一般机加工金属零件不同，粉末冶金产品在成 形时，粉末颗粒之间存在着一定的孔隙，在其后的烧结和精整时，尽管孔隙的数 量和形状发生了变化，但是仍然存在一定程度的孔隙，这就决定了粉末冶金产品 材质多孔的特点。尽管这种材质特性使得产品的物理机械性能低于同类型的机械 加工的零件，但是利用这种特性可以使粉末冶金产品有着机械加工零件无法得到 的特性，如对于起机械传动作用的粉末冶金零件，一方面因为孔隙的存在会隔离 声音的传递，从而减少机械传动的

16、噪音，另一方面产品表面孔隙中的油在温度上 升时会在表面形成一种油膜，这种油膜会保护传动零件表面，减少产品的磨损， 提高了零件的使用寿命。 二是产品外观的毛刺现象。粉末冶金产品作为一种金属粉末模具压力成型技 术，其所使用的模具，在凹凸模之间必然存在一定的配合间隙，当金属粉末或精 整毛坯在模具中受到上吨的压力时，在凹凸模之间必然形成毛刺，这些配合间隙 是造成产品表面毛刺的根本原因。而且从目前技术水平来看，受国内模具加工水 平和模具材料性能的限制，产品外观的毛刺更为严重。随着粉末冶金产品在精密 传动领域的应用越来越广泛，产品外观的毛刺对产品质量的影响越来越大，用户 对毛刺的要求也越来越高。 从以上的论述可以看出毛刺是粉末冶金制品模具压力成型的必然结果恒 ，是 一种普遍现象，而毛刺对粉末冶金产品质量的影响可分为三个方面： 1 ，毛刺影响产品的使用性能。对于一些精密结构件如摩托车离合器从动齿 轮、轿车油泵转子、齿形皮带轮等产品毛刺的存在对其运转的平稳性、噪上海交通大学工程硕士学位论文音、流量、皮带的使用寿命等整体功能有很大的影响。 2 ，毛刺影响