机械自紧是利用机械或液压作动力,使具有一定过盈量的冲头强迫通过厚壁圆管,使其发生塑性变形产生有益的残余应力分布,从而提高厚壁圆管的弹性强度和疲劳寿命。机械自紧设备主要包括冲头、机架和动力系统,本文以某半精加工身管毛坯为机械自紧对象,设计了组合冲头、液压动力系统、以身管毛坯、冲头和螺帽承受自紧推力的机械自紧装置,并且利用虚拟仪器建立了自紧过程的测控系统,实现了机械自紧过程的实时监控。在大直径硬质合金冲头的制造中,随着硬质合金部件体积的增大,同样材料的硬质合金,因体积效应使生产制造难度增大,针对这一问题,本文提出了带内孔的硬质合金冲头设计方案,用圆柱芯棒与硬质合金冲头内孔通过热胀冷缩进行过盈配合,形成一种组合冲头。利用ABAQUS有限元软件对组合冲头在不同过盈量条件下进行应力和变形模拟分析,并与模具钢材料的冲头和无孔硬质合金冲头在工作条件下的变形进行对比。利用虚拟仪器建立了身管毛坯外表面应变、液体压力和冲头推力的监控系统,实现了数据采集、实时显示、记录和回放,报表生成,异常报警和紧急停机的功能,并取得了良好的实验数据。提出利用伺服电机作为滚珠丝杠型机械自紧设备的动力源,并设计了滚珠丝杠型机械自紧设备的箱型机架,并对机架的前板、侧板、后板和顶板进行了有限元应力和变形分析;提出了基于伺服电动缸结构的机械自紧设备方案;研究了用LabVIEW软件、计算机、数据采集卡等构建测控系统控制伺服电机来模拟机械自紧设备的测控系统,通过多次试验,测控系统能够很好的实现伺服电机位置和速度的控制以及位置的测量,从而为实现机械自紧过程的实时监控和自动化奠定基础。组合冲头的设计方案不仅可以满足厚壁圆管自紧的要求,而且解决了大直径硬质合金冲头的制造难度,具有一定的工程意义。建立的测控系统很好的实现了机械自紧过程中工艺参量的实时监控,在一定程度上实现了自紧过程的自动化。