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多股簧精密成形工艺及其数控加工机床报告人:王时龙1 研究背景2 科学技术内容（1）多股簧每股钢丝成形后的曲线模型（2）基于阻尼等动态参数的新型设计理论（3）多股多层螺旋弹簧冷缠绕精密成形工艺（4）受交变冲击力的多股簧疲劳破坏机理（5）多股簧数控加工机床（6）多股簧冲击试验设备3 应用情况4 取得成果 汇报内容1 研究背景 世界对中国产品的印象：低精度、低可靠性，因此只能低价格。基础件,如:齿轮\轴承\弹簧是影响产品精度及可靠性的关键。在航天运载、武器装备、重大装备等需求牵引下，关键零部件的高精度高可靠制造技术是国家核心竞争力的支撑。多股簧作为航空发动机、自动武器、减振装置的关键复位零件，对提高作战能力、重大装备可靠性具有至关重要的作用。弹簧的作用油门弹簧持续加油刹车没刹车优先刹车失效国会上痛哭俄军的“塔什干”弹炮一体野战防空系统配置雷达的高速防空炮是近程拦截（战区防空）的最后一道防线。 德国“猎豹”自行高炮高速火炮工作原理为满足更密集火力的需要，必须大幅提高射击速度，而限制射击速度的关键是自动机的复位。关键是股簧！！ 多股螺簧的优点：具有独特的吸振、减振效果，具有较大的非线性阻尼，更好的强度以及在动载荷作用下寿命更长。 可以替代单股弹簧和橡胶弹簧可广泛用于振动设备（如振动筛、振动粉碎设备等）、高精度仪表的复位、汽车减振等；航空发动机支撑隔振器、气门簧存在三大问题因为没有揭示多股簧内部的接触、摩擦、振动机理，所以没有动态设计理论,没有失效分析；没有高精度多股簧数控加工装备。国内多是机械式扭转设备（车床改造而成），工艺参数依靠工人经验，质量不稳定，生产废品率极高（80%以上），严重影响高速复位装置的可靠性；发达国家对多股弹簧设计制造技术严格限制公开，长期垄断，严重影响了我国国防安全和国际竞争。 传统的多股簧加工机床课题来源2010.1-2013.12, 国家杰出青年科学基金，制造系统与自动化 2008.1-2010.12，国家自然科学基金，多股螺旋弹簧动态设计方法及加工工艺的研究 2009.1-2010.12 ，教育部科学技术研究重点项目，多股螺旋弹簧动态参数检测技术及装置的研究（109129）2006.7—2007.12，重庆市自然科学基金重点项目，高精度多股螺旋弹簧新型设计理论及制造工艺研究（CSTC 2006BA3014）2005.1—2006.12，重庆市科技攻关项目，高精度多股簧数控加工机床的研制（CSTC 2005AC3045）开展了8年多的研究！！ 1 研究背景2 科学技术内容（1）多股簧每股钢丝成形后的曲线模型（2）基于阻尼等动态参数的新型设计理论（3）多股多层螺旋弹簧冷缠绕精密成形工艺（4）受交变冲击力的多股簧疲劳破坏机理（5）多股簧数控加工机床（6）多股簧冲击试验设备3 应用情况4 取得成果 汇报内容没有动态设计理论：参照单股簧设计原理进行静态设计，未考虑各钢丝间产生的摩擦等，没有失效分析。（1）多股簧每股钢丝成形后的曲线模型为动态设计理论提供精确的数字化模型（2）基于阻尼等动态参数的新型设计理论填补多股簧动态设计空白，实现精确设计揭示多股簧内部的振动机理基于阻尼的多股簧动态振动方程多股簧振动曲线 （3）多股多层螺旋弹簧冷缠绕精密成形工艺 多股簧冷绕成形，簧丝发生剧烈的弹塑性弯曲，卸载后会回弹，是拉伸、弯曲和扭转的复合变形过程，包含几何非线性、材料非线性、接触非线性的强非线性问题。(单股簧是纯弯成形) 建立了螺旋弹簧受张力影响的回弹模型。回弹比η越大，簧丝在卸载的过程中能够较好的保持形状，即回弹量小。因此，在其它加工参数不变的情况下，可通过控制张力来控制回弹量。有限元方法计算得到大量的实际工艺参数 建立了弹簧绕制成形及卸载回弹有限元模型。利用有限元方法校验多股簧卷绕成型过程中各加工参数对多股簧回弹量的影响。(修正有限元模型，并计算得到实际工艺参数) 多股簧加工仿真多股簧卷绕成型完成多股簧卸载回弹完成 多股簧中钢丝与钢丝之间互相挤压和接触，在交变冲击载荷下，钢丝将发生反复的拉伸、扭转、挤压和弯曲，相邻钢丝之间存在微小位移，造成钢丝表面存在不同程度的微动磨损,导致钢丝表面材料快速氧化脱落，产生应力集中，这是多股簧钢丝疲劳断裂的重要原因。 （4）受交变冲击力的多股簧疲劳破坏机理多股簧钢丝之间互相挤压、滑移过程 弹性压缩过程弹性恢复过程建立了多股簧冲击载荷下钢丝间接触力及扭转角等效模型，进行了数值计算及实验研究。多股簧钢丝扭动微动磨损实验研究 揭示钢丝在动载荷环境中的宏、微观塑性变形、内部组织演化、微裂纹的产生及扩展之间的相互作用规律速度V质量块以速度V冲击多股簧两根钢丝间正压力和扭转角度大小的确定两根钢丝间正压力大小 弹簧受轴向载荷F，则任意两根钢丝的接触正压力为：两根