阀体大锻件模锻细化晶粒模型及工艺优化研究

发布时间：2017-05-30 15:05

  本文关键词：阀体大锻件模锻细化晶粒模型及工艺优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大锻件的生产制造在国民经济建设、国防装备开发和现代尖端科学技术研究中,起着十分关键的作用,它是国家大型成套设备的基础。大锻件在石油化工设备中有着十分广泛的应用。石油管道阀体大锻件作为石油化工设备中的关键性部件,其产品的综合性能急需不断提高。目前,应用计算机数值模拟实现对阀体大锻件模锻成形过程的模拟仿真,可以实现对阀体大锻件产品的可制造性和产品质量的预报,同时节约成本缩减开发时间。因此,本文基于此背景以35CrMo钢为研究对象,针对某锻造厂实际生产中存在的阀体大锻件产品中出现的晶粒粗大不均匀及产品力学性能等问题进行了系统研究,所做工作如下:(1)根据厂家实际生产所提供的型号为4-1/160石油管道阀体的零件图,结合阀体的锻件图、初始坯料的尺寸对模具的部分尺寸进行优化,并在PRO/E软件平台上对模具的三维造型进行改进;(2)分析35CrMo钢的再结晶模型,得出其适合在模锻生产中的细化晶粒模型,并利用Fortran语言完成对模锻细化晶粒模型用户子程序的编写;(3)在DEFORM-3D有限元软件中导入建立的细化晶粒模型进行锻件成形过程的模拟,对不同因素对产品平均晶粒尺寸的影响进行分析,探究工艺参数对平均晶粒尺寸的影响;(4)以正交试验模拟结果为基础,选择合适的桥高-桥宽参数、锻打间隔时间,锻打能级和始锻温度等工艺参数分析其对平均晶粒尺寸的影响程度,确定最佳的工艺参数,从而对其进行优化;(5)选择最佳工艺方案模拟得到的结果进行分析,研究阀体大锻件微观组织情况,包括:动态再结晶体积分数、亚动态再结晶体积分数和平均晶粒大小分布等等,探究模锻细化晶粒模型的作用机理;(6)将物理实验的结果与模拟实验的结果进行对比、分析和验证;对其内部晶粒细化程度,阀体的强度、硬度等力学性能指标进行分析和评判。将数值模拟结果与物理实验结果进行比较得出如下结论:利用有限元数值模拟技术可以准确地模拟仿真模锻成形过程,优化了模锻成形工艺参数和模具尺寸参数,同时较为有效的预测了模锻成形过程对晶粒的细化;同时有效地缩短工艺开发时间,降低生产成本,为减少缺陷提高阀体大锻件产品质量,科学高效的制定模锻成形工艺提供良好基础;有利于阀体大锻件工业生产的绿色、低碳发展。
【关键词】：大锻件 模锻 二次开发 正交实验 数值模拟
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG316
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 锻造过程数值模拟11-12
• 1.2.2 微观组织模拟12-13
• 1.2.3 阀体大锻件的研究现状13-14
• 1.3 课题的研究内容、意义和方案14-17
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 研究意义15
• 1.3.3 研究方案15-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第2章 模锻锤工作参数及有限元基本理论18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 模锻锤工作参数18-22
• 2.2.1 模锻锤工作参数的理论分析18-20
• 2.2.2 模锻锤工作参数的确定20-22
• 2.3 石油管道阀体大锻件工艺流程22-23
• 2.4 刚塑性有限元热力耦合基本理论23-26
• 2.4.1 基本假设23
• 2.4.2 三种方法23-25
• 2.4.3 基本方程25-26
• 2.5 DEFORM软件的介绍26-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 模锻细化晶粒模型分析及材料模型的开发30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 微观组织模型分析30-33
• 3.2.1 再结晶过程30-31
• 3.2.2 微观组织模型31-32
• 3.2.3 模锻细化晶粒模型32-33
• 3.3 材料模型的开发33-38
• 3.3.1 用户自定义子程序34-35
• 3.3.2 高温流变本构模型子程序的编写35-36
• 3.3.3 再结晶过程子程序的编写36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 阀体大锻件模锻数值模拟及结果分析40-62
• 4.1 引言40
• 4.2 有限元模型建立40-45
• 4.2.1 模腔参数的确定40-41
• 4.2.2 模锻成形工艺初始条件41
• 4.2.3 模锻成形三维模型41-42
• 4.2.4 模锻成形模拟参数的设定42-43
• 4.2.5 模锻模型网格的划分43-44
• 4.2.6 模型成形边界条件44-45
• 4.3 模锻过程模拟结果45-53
• 4.3.1 桥高-桥宽参数对晶粒尺寸的影响45-47
• 4.3.2 锻打间隔对晶粒尺寸的影响47-49
• 4.3.3 锻打能级对晶粒尺寸的影响49-51
• 4.3.4 始锻温度对晶粒尺寸的影响51-53
• 4.4 模锻过程工艺参数的优化53-57
• 4.4.1 实验方案的设计53-54
• 4.4.2 试验结果统计及分析54-57
• 4.5 模锻成形模拟及结果分析57-61
• 4.5.1 优化后的模型及参数的设定57-58
• 4.5.2 模锻模拟结果分析58-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 物理实验验证62-68
• 5.1 引言62
• 5.2 实验材料及方案62-63
• 5.2.1 原材料的化学成分62
• 5.2.2 石油管道阀体产品性能要求62
• 5.2.3 实验方法62-63
• 5.3 实验结果63-67
• 5.3.1 力学性能指标分析64-65
• 5.3.2 晶粒度指标分析65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 展望69-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果76

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本文编号：407355