连续挤压轮的应力分析和疲劳寿命研究

发布时间：2020-08-18 19:54

【摘要】：传统挤压方法为间歇式工作,存在能耗大、产品均匀性差等诸多问题。上世纪七十年代英国学者D.Green发明的连续挤压成型技术,使挤压的连续作业成为可能,该方法能够有效提高材料利用率、降低能耗并提高产品质量。挤压轮是连续挤压机中的重要部件,与槽封块共同构成挤压型腔。坯料喂入后,在挤压轮摩擦力的带动下沿型腔运动并逐渐发生变形,最终由模孔挤出。挤压轮的工况恶劣,坯料与其摩擦导致接触面温度升高,并产生较高应力。挤压轮的使用寿命制约着连续挤压技术的生产效率,提高挤压轮的使用寿命能够降低生产成本,提高效率,并产生巨大的经济效益。本文针对挤压轮的使用寿命,通过试样分析确定挤压轮制备工艺的优化方向,并应用ANSYS软件进行有限元模拟,对挤压轮的堆焊材质与堆焊层厚度对挤压轮的影响进行了研究。首先,对失效H13挤压轮试样进行测试,采用荧光光谱分析、光学金相显微镜、万能电子试验机等测试仪器,从化学成分、微观组织、室温及高温力学性能等方面展开分析研究。测试结果处于H13材质的正常范围,说明挤压轮失效与材料熔炼和挤压轮制造加工的过程无关,确定了在轮槽部位进行堆焊的复合制造工艺优化方向。其次,对挤压轮工作过程中的载荷进行简化与计算,建立有限元模型,应用ANSYS对H13材质挤压轮工作应力、变形及疲劳损伤情况进行模拟。结果显示,挤压轮工作时高应力与变形集中在挤压轮工作区末端(挤压型腔出口附近)。工作区与非工作区轮槽变形方向相反,轮槽底部受到交变载荷的作用,易形成疲劳开裂,与实际情况相符。应用上述有限元模型,分别模拟镍基合金及D397焊条作为堆焊材质时挤压轮的应力、变形与疲劳损伤状况。将堆焊挤压轮的模拟结果与H13挤压轮的模拟结果对比,选择D397焊条作为堆焊材质。最后,以D397作为堆焊材质,模拟不同堆焊层厚度对挤压轮的影响,随着堆焊层厚度的增大,挤压轮疲劳寿命先增大后减小,8mm是较为合适的堆焊层厚度。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG375

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本文编号：2796648