盘形滚刀刀圈轧制数值模拟研究
发布时间：2022-01-24 18:36
盘形滚刀工况条件差、换刀成本高,生产厂家对刀圈的性能要求越来越严格。为了提高刀圈质量,针对TBM中43.2 cm（17英寸）盘形滚刀刀圈,采用轧制成形工艺,运用塑性成形软件,建立盘形滚刀轧制过程数值模型,通过有限元仿真分析滚刀成形的应力场和应变场,并对不同参数对成形过程的影响进行研究。研究结果表明:1)轧制过程应力较小,应变分布较为均匀,但整体应变较小,随着主辊转速及芯辊进给速度的增大,等效应力逐渐减小,应变基本不变。2)匹配仿真参数进行刀圈轧制试验,并对刀圈质量进行检测,刀圈流线与外形轮廓相符,分布连贯不被打断,且与主应力方向一致,流线合理。
【文章来源】：隧道建设(中英文). 2017,37(11)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
盘形滚刀刀圈几何模型(单位:mm)
形滚刀［11］，刀圈轧制成形目标几何尺寸如图1所示。图1盘形滚刀刀圈几何模型(单位:mm)Fig．1Geometricmodelofdisccutterring(unit:mm)2．2咬入条件轧制过程能否顺利完成，首先取决于轧制件能否被旋转轧辊顺利拽入，实现这一过程即为咬入条件。为实现轧件咬入，必须给轧件施加推力，使得轧件在碰到轧辊前已有一定的惯性力或者冲击力，这对顺利咬入是有利的。轧件如能自然地被轧辊咬入，其他条件下的拽入过程也能实现，这种咬入称为自然咬入，即轧件以静止状态与轧辊接触并被拽入。自然咬入轧件受力分析如图2所示。图2自然咬入轧件受力分析Fig．2Forceanalysisofrolledpiecewithnaturalbite在接触点上轧件受到轧辊对它的压力N及摩擦力T的作用。T与N满足库仑摩擦定律，即T=fN。因摩擦因数可用摩擦角表示为f=tanβ，且f≥tanα，故β≥α。由以上推导可知:1)摩擦角β大于咬入角α，才能实现自然咬入;2)摩擦角相对于咬入角越大，轧件越容易被拽入。2．3稳定轧制条件轧件被轧辊咬入之后，轧件前段与轧辊轴心连线间夹角δ不断减小(如图3所示)，一直到δ=0时，方可进入稳定轧制阶段。开始咬入时要求的摩擦条件较高，摩擦因数大，随着轧件被咬入部分的逐渐增加，水平推力逐渐减小;开始咬入条件一旦建立，轧件就能很自然地向轧辊间充填，从而建立稳定轧制过程。因此，凡是能降低咬入角α和提高摩擦角β的措施皆有利于咬入条件和稳定轧制条件的实现。图3稳定轧制条件Fig．3Stablerollingconditions3数值模拟3．1模型的建立本文采用Deform-3D有限元软件对盘形滚刀轧制过程进行模拟，建立的有限元模型如图4所示。刀圈1484隧道建设(中英文)第37卷
庵忠?氤莆?匀灰?耄?丛?件以静止状态与轧辊接触并被拽入。自然咬入轧件受力分析如图2所示。图2自然咬入轧件受力分析Fig．2Forceanalysisofrolledpiecewithnaturalbite在接触点上轧件受到轧辊对它的压力N及摩擦力T的作用。T与N满足库仑摩擦定律，即T=fN。因摩擦因数可用摩擦角表示为f=tanβ，且f≥tanα，故β≥α。由以上推导可知:1)摩擦角β大于咬入角α，才能实现自然咬入;2)摩擦角相对于咬入角越大，轧件越容易被拽入。2．3稳定轧制条件轧件被轧辊咬入之后，轧件前段与轧辊轴心连线间夹角δ不断减小(如图3所示)，一直到δ=0时，方可进入稳定轧制阶段。开始咬入时要求的摩擦条件较高，摩擦因数大，随着轧件被咬入部分的逐渐增加，水平推力逐渐减小;开始咬入条件一旦建立，轧件就能很自然地向轧辊间充填，从而建立稳定轧制过程。因此，凡是能降低咬入角α和提高摩擦角β的措施皆有利于咬入条件和稳定轧制条件的实现。图3稳定轧制条件Fig．3Stablerollingconditions3数值模拟3．1模型的建立本文采用Deform-3D有限元软件对盘形滚刀轧制过程进行模拟，建立的有限元模型如图4所示。刀圈1484隧道建设(中英文)第37卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]盘形滚刀刀圈热处理工艺及其性能预测[J]. 夏毅敏,张睿,丛国强,毛晴松,曾桂英. 热加工工艺. 2016(22)
[2]某供水工程TBM刀盘破岩过程动静态响应特性[J]. 夏毅敏,陈卓,林赉贶,田彦朝,唐露,吴才章,杨妹. 哈尔滨工程大学学报. 2016(05)
[3]不同地应力下TBM盘形滚刀破岩特性[J]. 夏毅敏,吴才章,顾健健,丛国强,唐露,张魁. 中南大学学报(自然科学版). 2016(02)
[4]TBM盘形滚刀淬火过程的数值研究[J]. 江志强,张银霞,王栋,刘治华. 制造业自动化. 2015(15)
[5]盾构刀具关键技术及其最新发展[J]. 陈馈. 隧道建设. 2015(03)
[6]复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法[J]. 夏毅敏,卞章括,胡承欢,吴元,林赉贶,暨智勇. 机械工程学报. 2014(21)
[7]盾构刀具用5Cr5MoSiV1钢的回火工艺[J]. 闫洪,陈磊,阮先明. 材料热处理学报. 2013(S1)
[8]盾构刀具用5Cr5MoSiV1钢淬火组织[J]. 闫洪,陈磊,阮先明,胡志. 金属热处理. 2013(06)
[9]TBM滚刀刀圈材料性能的研究[J]. 张占杰,刘朴,赵海峰,袁国,赵金华,吴志生. 钢铁研究. 2013(01)
[10]基于Deform-3D的径轴向环轧有限元模拟时的导向辊约束[J]. 徐如涛,黄海玲,王克鲁,李斌. 热加工工艺. 2012(03)
硕士论文
[1]TBM盘形滚刀刀圈的锻压成形工艺研究[D]. 王江伟.华北电力大学(北京) 2014
本文编号：3607090
【文章来源】：隧道建设(中英文). 2017,37(11)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
盘形滚刀刀圈几何模型(单位:mm)
形滚刀［11］，刀圈轧制成形目标几何尺寸如图1所示。图1盘形滚刀刀圈几何模型(单位:mm)Fig．1Geometricmodelofdisccutterring(unit:mm)2．2咬入条件轧制过程能否顺利完成，首先取决于轧制件能否被旋转轧辊顺利拽入，实现这一过程即为咬入条件。为实现轧件咬入，必须给轧件施加推力，使得轧件在碰到轧辊前已有一定的惯性力或者冲击力，这对顺利咬入是有利的。轧件如能自然地被轧辊咬入，其他条件下的拽入过程也能实现，这种咬入称为自然咬入，即轧件以静止状态与轧辊接触并被拽入。自然咬入轧件受力分析如图2所示。图2自然咬入轧件受力分析Fig．2Forceanalysisofrolledpiecewithnaturalbite在接触点上轧件受到轧辊对它的压力N及摩擦力T的作用。T与N满足库仑摩擦定律，即T=fN。因摩擦因数可用摩擦角表示为f=tanβ，且f≥tanα，故β≥α。由以上推导可知:1)摩擦角β大于咬入角α，才能实现自然咬入;2)摩擦角相对于咬入角越大，轧件越容易被拽入。2．3稳定轧制条件轧件被轧辊咬入之后，轧件前段与轧辊轴心连线间夹角δ不断减小(如图3所示)，一直到δ=0时，方可进入稳定轧制阶段。开始咬入时要求的摩擦条件较高，摩擦因数大，随着轧件被咬入部分的逐渐增加，水平推力逐渐减小;开始咬入条件一旦建立，轧件就能很自然地向轧辊间充填，从而建立稳定轧制过程。因此，凡是能降低咬入角α和提高摩擦角β的措施皆有利于咬入条件和稳定轧制条件的实现。图3稳定轧制条件Fig．3Stablerollingconditions3数值模拟3．1模型的建立本文采用Deform-3D有限元软件对盘形滚刀轧制过程进行模拟，建立的有限元模型如图4所示。刀圈1484隧道建设(中英文)第37卷
庵忠?氤莆?匀灰?耄?丛?件以静止状态与轧辊接触并被拽入。自然咬入轧件受力分析如图2所示。图2自然咬入轧件受力分析Fig．2Forceanalysisofrolledpiecewithnaturalbite在接触点上轧件受到轧辊对它的压力N及摩擦力T的作用。T与N满足库仑摩擦定律，即T=fN。因摩擦因数可用摩擦角表示为f=tanβ，且f≥tanα，故β≥α。由以上推导可知:1)摩擦角β大于咬入角α，才能实现自然咬入;2)摩擦角相对于咬入角越大，轧件越容易被拽入。2．3稳定轧制条件轧件被轧辊咬入之后，轧件前段与轧辊轴心连线间夹角δ不断减小(如图3所示)，一直到δ=0时，方可进入稳定轧制阶段。开始咬入时要求的摩擦条件较高，摩擦因数大，随着轧件被咬入部分的逐渐增加，水平推力逐渐减小;开始咬入条件一旦建立，轧件就能很自然地向轧辊间充填，从而建立稳定轧制过程。因此，凡是能降低咬入角α和提高摩擦角β的措施皆有利于咬入条件和稳定轧制条件的实现。图3稳定轧制条件Fig．3Stablerollingconditions3数值模拟3．1模型的建立本文采用Deform-3D有限元软件对盘形滚刀轧制过程进行模拟，建立的有限元模型如图4所示。刀圈1484隧道建设(中英文)第37卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]盘形滚刀刀圈热处理工艺及其性能预测[J]. 夏毅敏,张睿,丛国强,毛晴松,曾桂英. 热加工工艺. 2016(22)
[2]某供水工程TBM刀盘破岩过程动静态响应特性[J]. 夏毅敏,陈卓,林赉贶,田彦朝,唐露,吴才章,杨妹. 哈尔滨工程大学学报. 2016(05)
[3]不同地应力下TBM盘形滚刀破岩特性[J]. 夏毅敏,吴才章,顾健健,丛国强,唐露,张魁. 中南大学学报(自然科学版). 2016(02)
[4]TBM盘形滚刀淬火过程的数值研究[J]. 江志强,张银霞,王栋,刘治华. 制造业自动化. 2015(15)
[5]盾构刀具关键技术及其最新发展[J]. 陈馈. 隧道建设. 2015(03)
[6]复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法[J]. 夏毅敏,卞章括,胡承欢,吴元,林赉贶,暨智勇. 机械工程学报. 2014(21)
[7]盾构刀具用5Cr5MoSiV1钢的回火工艺[J]. 闫洪,陈磊,阮先明. 材料热处理学报. 2013(S1)
[8]盾构刀具用5Cr5MoSiV1钢淬火组织[J]. 闫洪,陈磊,阮先明,胡志. 金属热处理. 2013(06)
[9]TBM滚刀刀圈材料性能的研究[J]. 张占杰,刘朴,赵海峰,袁国,赵金华,吴志生. 钢铁研究. 2013(01)
[10]基于Deform-3D的径轴向环轧有限元模拟时的导向辊约束[J]. 徐如涛,黄海玲,王克鲁,李斌. 热加工工艺. 2012(03)
硕士论文
[1]TBM盘形滚刀刀圈的锻压成形工艺研究[D]. 王江伟.华北电力大学(北京) 2014
本文编号：3607090
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3607090.html
