50Mn钢环轧运动学和成形工艺及组织性能演变规律的研究
本文关键词:50Mn钢环轧运动学和成形工艺及组织性能演变规律的研究,由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】:50Mn回转支承环件是一种新型机械零部件,由于其弹性和硬度均较高、耐腐蚀、耐高压,因而广泛地应用到机械制造行业中。径-轴向环件轧制作为50Mn回转支承环件的主要成形工艺,由于其环轧过程受到多个非线性因素耦合以及多变量作用的影响,对环件轧制成形的质量有着重要的影响。制定合理的环轧工艺方案,实现精确地控制环件的几何形状和微观组织,可为环件质量的提高提供科学的参考依据。但实际生产中往往基于环件的宏观尺寸变化,通过设置其工艺参数来控制环件的成形过程。本文在环件轧制理论的基础上,通过数学方法推导出了环件直径增大运动、环件旋转运动、直线进给运动、导向辊的导向运动等运动方程,然后由运动方程得出理论上影响其运动的主要因素,通过案例分析,很好地解释了导致环件被导向辊压弯的原因并给出了合理的避免措施。采用环件轧制理论与有限元仿真技术相结合,研究了环件在环轧过程中金属流动规律、位移场、温度场的变化规律;应用Simufact.Forming13.3软件研究分析了环轧过程中驱动辊转速n、环件的初始温度T、驱动辊与环件的剪切摩擦因子m对环件宏观成形过程的影响。通过对50Mn环件在环轧过程中变形、传热的数值模拟分析研究,得到了金属流动、位移场、温度场的变化规律:环轧过程中环件外侧面金属径向流动剧烈,中径附近区域金属流动次之,内径附近区域金属流动最慢;环件的等效塑性应变由环件内外侧表面区域向环件中间区域逐步扩展,内外侧表面区域变形程度较大,中间区域变形程度较小;环件的温度由中间区域向环件内外侧逐渐降低,环件内外侧、上下端表面的温度较低,中间区域的温度较高。然后运用单参数变量法,通过有限元仿真研究了不同的驱动辊转速、环件初始温度以及驱动辊与环件的摩擦因子对环件的位移场、温度场分布的影响规律:驱动辊转速增大,环件等效塑性应变、温度的非均匀度程度值增大;环件初始温度升高,环件等效塑性应变的非均匀程度值先减小后增大,温度的非均匀程度值先增大后减小;驱动辊与环件的摩擦因子增大,使得环件的等效塑性应变、温度的非均匀度程度值增大。最后通过实验得到50Mn钢在生产过程中组织性能演变规律,调质态试样强韧性结合较好,锻压态试样次之,轧制态试样较差,但轧制态试样晶粒较细小,锻压态试样次之,调质态试样较粗大,同时也验证了环件矩形截面上位移场和温度场的分布。根据本文的研究结果,可以为50Mn回转支承环件的生产提供参考依据和技术支持,为环件环轧过程中的精确控形提供了科学的工程实用依据。
【关键词】:50Mn 径-轴向环件轧制 环件轧制理论 Simufact.Forming 有限元
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG335
【目录】:
- 摘要5-7
- ABSTRACT7-13
- 第一章 绪论13-23
- 1.1 引言13
- 1.2 环件轧制工艺简介13-15
- 1.2.1 径-轴向环件轧制原理13-14
- 1.2.2 环件轧制工艺流程14-15
- 1.3 环件轧制研究现状15-20
- 1.3.1 实验研究15-17
- 1.3.2 理论研究17-18
- 1.3.3 数值模拟研究18-20
- 1.4 课题的来源、目的和意义20-21
- 1.4.1 课题的来源20
- 1.4.2 课题研究的目的、意义20-21
- 1.5 本文研究内容21-22
- 1.6 本文研究方法22-23
- 第二章 环件轧制成形性分析及刚/粘塑性有限元概述23-36
- 2.1 环件轧制成形性分析23-30
- 2.1.1 径向成形性分析23-28
- 2.1.2 轴向成形性分析28-30
- 2.2 案例分析30-32
- 2.3 刚/粘塑性有限元理论概述32-34
- 2.3.1 刚/粘塑性材料基本假设概论32-33
- 2.3.2 刚/粘塑性材料塑性力学的基本方程及边界条件33
- 2.3.3 刚/粘塑性有限元变分原理33-34
- 2.3.4 刚/粘塑性有限元的求解列式34
- 2.4 本章小结34-36
- 第三章 径-轴向环件轧制运动学36-48
- 3.1 轧制曲线36-38
- 3.1.1 轧制曲线模型36-37
- 3.1.2 轧制曲线的形式以及生成方法37-38
- 3.2 环件直径增大运动38-40
- 3.2.1 环件外直径增大速度38-39
- 3.2.2 环件内直径增大速度39-40
- 3.3 环件旋转运动40-41
- 3.3.1 环件转动速度40
- 3.3.2 环件转动加速度40-41
- 3.4 直线进给运动41-42
- 3.4.1 芯辊径向进给运动41
- 3.4.2 上锥辊轴向进给运动41-42
- 3.5 导向辊导向运动42-45
- 3.5.1 导向辊运动参数分析42-43
- 3.5.2 导向辊的定心力分析43-45
- 3.6 案例分析45-47
- 3.7 本章小结47-48
- 第四章 50Mn环件轧制工艺研究48-64
- 4.1 引言48
- 4.2 50Mn环件的材料模型48-49
- 4.3 研究思路和有限元模拟参数设置49-50
- 4.4 环轧时金属流动变化规律50-51
- 4.5 环轧过程中场变量的变化规律51-54
- 4.5.1 等效应变场变化及分布规律51-53
- 4.5.2 温度场变化及分布规律53-54
- 4.6 工艺参数对环轧过程的影响54-62
- 4.6.1 驱动辊转速n对环件轧制成形的影响55-57
- 4.6.2 环件初始温度T对环件轧制成形的影响57-60
- 4.6.3 驱动辊剪切摩擦因子m对环件轧制成形的影响60-62
- 4.7 本章小结62-64
- 第五章 热加工过程及热处理后环件的力学性能以及显微组织变化64-75
- 5.1 生产设备和实验设备64-67
- 5.2 实验内容67
- 5.3 金相组织分析67-71
- 5.3.1 锻压后试样的金相分析67-68
- 5.3.2 环轧后试样的金相分析68-70
- 5.3.3 调质处理后试样的金相分析70-71
- 5.4 力学性能试验71-73
- 5.5 断口分析73-74
- 5.6 本章小结74-75
- 第六章 结论与展望75-77
- 6.1 结论75-76
- 6.2 展望76-77
- 参考文献77-81
- 致谢81-82
- 在学期间发表的学术论文82
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,本文编号:271600
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