连续等通道转角变形装置的研究及设计(附件)【字数：10468】
摘 要连续等通道转角变形（equal channel angular processing , ECAP）是一种现在很有发展前途的塑性变形技术,它可以从多种合金里提取超细的晶粒组织，比较许多提取晶粒方法，它是使用方便又稳定。下面就让我对ECAP来一个简易的介绍，然后总结一下ECAP的国内和国外的发展情况，并对其未来的广阔前景进行进一步的预测。之后介绍ECAP的计算机模拟和仿真，最后要对ECAP的加工装置进行详细的设计。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 ECAP的简介 1
1.2 ECAP的国内外发展情况 1
1.3 ECAP的发展前景 2
1.4 ECAP的优缺点 2
第二章 ECAP工作原理 4
2.1 ECAP的工作原理 4
2.2连续ECAP的工作原理 4
第三章 ECAP的计算机仿真 6
3.1 DEFORM3D的简介 6
3.2 DEFORM3D 模拟仿真的步骤 8
3.2.1 建立三维模型 8
3.3.2 对此参数的设置 10
3.3 DEFORM3D 仿真的数据 14
第四章 ECAP的装置的设计 18
4.1装置总体方案的设计 18
4.2传动方案的设计 18
4.2.1 传动系统的要求和组成 18
4.2.2 比较传动系统方案 19
4.2.3 设计传动件的基本尺寸 21
4.2.4 选择电动机 21
4.3轴的设计计算以及校核 22
4.3.1蜗轮的轴的设计及校核 22
4.3.2蜗杆轴的设计及校核 25
4.3.3输出轴的设计及校核 25
4.4齿轮、蜗轮的计算以及校核 28
4.4.1齿轮的设计校核 28
4.4.2蜗轮的设计校核 31
4.5轴上零件的计算以及校核 33
4.5.1选择联轴器 33
4.5.2键的的计算以及校核 33
4.5.3轴承的计算以及校核 35< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 结束语 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 ECAP的简介
ECAP是一种可以从多种合金（如铁、镁、铜、铝、镍等）中得到超细晶粒组织的大塑性变形方法,这是一种高效和充满创造力的细化晶粒的方法。等通道转角挤压（ECAP）法，受到反复挤压，导致造成很大的剪切变形，让原料的构造和使用功能发生显著的变化，这样就构成了超细的亚微米晶粒组织。这种晶粒可以细化到几百纳米。材料里没有残留的缩孔，材料稳定不易混入杂质，设备简单，成本低，拥有很大的工业应用潜力。
由于它的塑性变形是在不改变材料的横截面积和形状的状态下产生的，所以材料能够重复变形，这样就可以获得大的累积应变，形成亚微米乃至纳米级的晶粒细组织。这就是ECAP与传统方法的最大不同。
1.2 ECAP的国内外发展情况
超细晶材料是目前很有发展潜力的一种材料，它的韧性更好，材料的强度够强，更比其他的材料耐腐蚀，还有很多其它的优良性能。在生物、化工、航空、医药、电子等很多领域方面得到广泛应用。通过ECAP技术的大塑性变形得到超细晶材料,逐步得到了材料界的正视。ECAP是上个世纪80 年代初，根据Segal 和他的合作者提出的，在保证试样横截面积不变的情况下，加入强烈塑性变形。到20世纪90年代的时候，细化粗晶金属和合金，得到超细晶体，教授Valiev成为世界上第一个成功实现它的人。在国际上，ECAP得到了飞快的成长，更是成为了制造块体金属超细晶的新型技术，成为现今科学界的热谈话题。
当前国际以美国、日本和俄罗斯对ECAP 有着深入的研究，美国的 Zhu Y T和 Semietin S L 的小组、 Langdon T G 的小组、 Segal V 的小组；日本的东健司小组、堀田善治的小组和俄罗斯的Valiev R Z 的小组等。我国有著名大学和科学院的金属研究院，大学有清华、中南、昆明理工、兰州理工、山东、东北、西安建筑科技等大学。与国外相比较我国对ECAP 的研究专家和学者不是很多，所以很少有国内期刊的相关报导。但是ECAP 相关的文献在国际上却从未减少，就比如Langdon 的小组，他们所发表的文章就达到了一百多篇，这说明国外很重视ECAP技术研究，这值得我们重视，这也使得我国材料界的科学家以及工业领域也逐渐重视起了ECAP 的应用和发展。
1.3 ECAP的发展前景
目前，用ECAP法对各种金属和合金（Mg、Al、Ni、Cu、Ti等金属和合金）及低碳钢以及金属基复合材料进行了实验，实验后所得材料的晶粒得到了显著的变化，材料的疲劳性能、超塑性和强度获得了巨大的提升。用ECAP得到的超细组织材料具备很好的优异性能，这对材料在实际生产应用领域具有不可估量的价值。细化原料的晶粒、提升原料的使用性能是ECAP的最大的特点所在，是以在工业当前有三个应用：
（1）改善塑性差的合金性能。 举个例子，合金中的镁合金，它是一种精密排列的六方结构，常温下的塑性是有限的，但是经过ECAP处理后，材料的晶粒细化了，其强度和塑性大大提升。改善镁及镁合金的综合性能又多了一种高效简单的加工方法。总而言之，能够提升材料综合性能的ECAP，它的组织控制受到多种实验因素的影响。但当前还在研究，ECAP如何构成超细晶粒还是个谜。同时，材料在工业应用方面的发展潜力大小取决于超细组织的性能优异。
（2）让材料具有低温超塑性或高应变速率。 超塑成形技术因为变形速率太低，没能进一步发展起来。假设保持材料的最优超塑性，在使其具备较高的应变速率，那么超塑成形就能在工业领域内得到进一步的发展。不过经过实际的实验，晶粒尺寸是关键，晶粒尺寸越小，应变速率就越高。所以用ECAP 来细化晶粒，可以提升合金的应变速率，保持材料的低温超塑性。
(3) 提升普通低碳钢强度。 据有关文献记载，经过传统形变后，对普通低碳钢进行热处理，在晶粒尺寸为30μm时，它的极限抗拉强度为400 MPa ，普通低碳钢用ECAP处理后，晶粒尺寸为12μm时 ，它的极限抗拉强度变为900 MPa 。ECAP通过细化晶粒提高普通低碳钢的强度，它的强度可以和具有珠光体和铁素体混合结构的中碳低合金钢相媲美。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 ECAP的简介 1
1.2 ECAP的国内外发展情况 1
1.3 ECAP的发展前景 2
1.4 ECAP的优缺点 2
第二章 ECAP工作原理 4
2.1 ECAP的工作原理 4
2.2连续ECAP的工作原理 4
第三章 ECAP的计算机仿真 6
3.1 DEFORM3D的简介 6
3.2 DEFORM3D 模拟仿真的步骤 8
3.2.1 建立三维模型 8
3.3.2 对此参数的设置 10
3.3 DEFORM3D 仿真的数据 14
第四章 ECAP的装置的设计 18
4.1装置总体方案的设计 18
4.2传动方案的设计 18
4.2.1 传动系统的要求和组成 18
4.2.2 比较传动系统方案 19
4.2.3 设计传动件的基本尺寸 21
4.2.4 选择电动机 21
4.3轴的设计计算以及校核 22
4.3.1蜗轮的轴的设计及校核 22
4.3.2蜗杆轴的设计及校核 25
4.3.3输出轴的设计及校核 25
4.4齿轮、蜗轮的计算以及校核 28
4.4.1齿轮的设计校核 28
4.4.2蜗轮的设计校核 31
4.5轴上零件的计算以及校核 33
4.5.1选择联轴器 33
4.5.2键的的计算以及校核 33
4.5.3轴承的计算以及校核 35< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 结束语 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 ECAP的简介
ECAP是一种可以从多种合金（如铁、镁、铜、铝、镍等）中得到超细晶粒组织的大塑性变形方法,这是一种高效和充满创造力的细化晶粒的方法。等通道转角挤压（ECAP）法，受到反复挤压，导致造成很大的剪切变形，让原料的构造和使用功能发生显著的变化，这样就构成了超细的亚微米晶粒组织。这种晶粒可以细化到几百纳米。材料里没有残留的缩孔，材料稳定不易混入杂质，设备简单，成本低，拥有很大的工业应用潜力。
由于它的塑性变形是在不改变材料的横截面积和形状的状态下产生的，所以材料能够重复变形，这样就可以获得大的累积应变，形成亚微米乃至纳米级的晶粒细组织。这就是ECAP与传统方法的最大不同。
1.2 ECAP的国内外发展情况
超细晶材料是目前很有发展潜力的一种材料，它的韧性更好，材料的强度够强，更比其他的材料耐腐蚀，还有很多其它的优良性能。在生物、化工、航空、医药、电子等很多领域方面得到广泛应用。通过ECAP技术的大塑性变形得到超细晶材料,逐步得到了材料界的正视。ECAP是上个世纪80 年代初，根据Segal 和他的合作者提出的，在保证试样横截面积不变的情况下，加入强烈塑性变形。到20世纪90年代的时候，细化粗晶金属和合金，得到超细晶体，教授Valiev成为世界上第一个成功实现它的人。在国际上，ECAP得到了飞快的成长，更是成为了制造块体金属超细晶的新型技术，成为现今科学界的热谈话题。
当前国际以美国、日本和俄罗斯对ECAP 有着深入的研究，美国的 Zhu Y T和 Semietin S L 的小组、 Langdon T G 的小组、 Segal V 的小组；日本的东健司小组、堀田善治的小组和俄罗斯的Valiev R Z 的小组等。我国有著名大学和科学院的金属研究院，大学有清华、中南、昆明理工、兰州理工、山东、东北、西安建筑科技等大学。与国外相比较我国对ECAP 的研究专家和学者不是很多，所以很少有国内期刊的相关报导。但是ECAP 相关的文献在国际上却从未减少，就比如Langdon 的小组，他们所发表的文章就达到了一百多篇，这说明国外很重视ECAP技术研究，这值得我们重视，这也使得我国材料界的科学家以及工业领域也逐渐重视起了ECAP 的应用和发展。
1.3 ECAP的发展前景
目前，用ECAP法对各种金属和合金（Mg、Al、Ni、Cu、Ti等金属和合金）及低碳钢以及金属基复合材料进行了实验，实验后所得材料的晶粒得到了显著的变化，材料的疲劳性能、超塑性和强度获得了巨大的提升。用ECAP得到的超细组织材料具备很好的优异性能，这对材料在实际生产应用领域具有不可估量的价值。细化原料的晶粒、提升原料的使用性能是ECAP的最大的特点所在，是以在工业当前有三个应用：
（1）改善塑性差的合金性能。 举个例子，合金中的镁合金，它是一种精密排列的六方结构，常温下的塑性是有限的，但是经过ECAP处理后，材料的晶粒细化了，其强度和塑性大大提升。改善镁及镁合金的综合性能又多了一种高效简单的加工方法。总而言之，能够提升材料综合性能的ECAP，它的组织控制受到多种实验因素的影响。但当前还在研究，ECAP如何构成超细晶粒还是个谜。同时，材料在工业应用方面的发展潜力大小取决于超细组织的性能优异。
（2）让材料具有低温超塑性或高应变速率。 超塑成形技术因为变形速率太低，没能进一步发展起来。假设保持材料的最优超塑性，在使其具备较高的应变速率，那么超塑成形就能在工业领域内得到进一步的发展。不过经过实际的实验，晶粒尺寸是关键，晶粒尺寸越小，应变速率就越高。所以用ECAP 来细化晶粒，可以提升合金的应变速率，保持材料的低温超塑性。
(3) 提升普通低碳钢强度。 据有关文献记载，经过传统形变后，对普通低碳钢进行热处理，在晶粒尺寸为30μm时，它的极限抗拉强度为400 MPa ，普通低碳钢用ECAP处理后，晶粒尺寸为12μm时 ，它的极限抗拉强度变为900 MPa 。ECAP通过细化晶粒提高普通低碳钢的强度，它的强度可以和具有珠光体和铁素体混合结构的中碳低合金钢相媲美。
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