工艺参数对径轴向环件轧制成形影响研究

发布时间：2017-10-11 14:31

  本文关键词：工艺参数对径轴向环件轧制成形影响研究

  更多相关文章： 环件轧制 工艺参数 成形效果 能量消耗

【摘要】：径轴向环件轧制是目前一种用于生产不同直径尺寸、截面形状和不同材料等无缝环件的先进金属成形技术。径轴向环件轧制过程中,轧辊运动、轧辊尺寸、毛坯尺寸等工艺参数不仅对环件的圆度、最终直径、应变与温度分布造成重要影响,而且会对轧制过程的所需力能及轧制过程中的能量消耗也造成影响。然而,径轴向环件轧制是多场、多因素耦合作用下集三维连续渐变、非稳态及非对称等特点于一体的高度非线性问题,难以通过理论解析、经验总结和反复试验来进行全面研究。因此,本文采用有限元模拟并结合实验,分析揭示了工艺参数对径轴向环件轧制成形的影响。本文主要研究内容与结果如下:根据径轴向环件轧制的实际工作原理,基于DEFORM-3D软件平台,通过解决轧辊运动控制、几何建模、网格划分、边界条件设置等关键问题,建立了径轴向环件轧制有限元模型。通过与实际轧制的结果对比,验证了有限元模型的可靠性。通过对径轴向环件轧制过程的模拟,得到了环件的应变、温度和径轴向轧制力能参数的变化规律。结果显示:成形环件的等效应变呈不均匀分布,并由环件截面的中心区域向外部区域逐渐增大,且最大等效应变在截面边缘;成形环件的温度也呈不均匀分布,并由环件截面的中心区域向外部区域逐渐降低,且最低温度在截面边缘。在轧制初始阶段,径向和轴向的轧制力和轧制力矩都是迅速增大到最大值。在轧制稳定阶段和结束阶段,两个方向的轧制力和轧制力矩的波动较小,且都呈下降趋势。合理设计了径轴向环件轧制过程中轧辊运动、轧辊尺寸及毛坯尺寸的工艺方案。通过对不同工艺参数下径轴向环件轧制过程的模拟,研究揭示了轧辊运动、轧辊尺寸及毛坯尺寸对环件成形效果和轧辊能量消耗的影响规律。主要结论如下:随着驱动辊转速和驱动辊直径的增大,圆度误差越小且最终直径越接近理想直径。随着芯辊进给速度、芯辊直径和环件径向与轴向进给量之比的增大,环件的应变分布更加均匀;随着芯辊进给速度、驱动辊转速和驱动辊直径的增大,环件的温度分布更均匀。随着芯辊进给速度、芯辊直径、轧制比和径向与轴向进给量之比的增大,芯辊的能量消耗在不断增多;随着芯辊进给速度和轧制比的增大,轴向锥辊的能量消耗在不断增多。除了驱动辊转速以外,其他工艺参数的增大都会使得驱动辊的能量消耗增多。
【关键词】：环件轧制 工艺参数 成形效果 能量消耗
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 环件轧制简介11-12
• 1.1.1 环件轧制的分类与原理11-12
• 1.2 环件轧制过程的特点12-13
• 1.3 径轴向环件轧制的研究现状13-16
• 1.3.1 试验方法研究现状13
• 1.3.2 理论方法研究现状13-14
• 1.3.3 有限元法研究现状14-16
• 1.4 选题的背景及意义16
• 1.5 论文的研究内容和章节安排16-18
• 1.5.1 主要研究内容16-17
• 1.5.2 论文的章节安排17-18
• 第二章 径轴向环件轧制及有限元的基础理论18-29
• 2.1 径轴向环件轧制的基础理论18-23
• 2.1.1 径向稳定轧制条件18-21
• 2.1.2 轴向稳定轧制条件21-23
• 2.2 径轴向环件轧制的力能计算23-24
• 2.2.1 径向轧制的力能计算23
• 2.2.2 轴向轧制的力能计算23-24
• 2.3 刚塑性有限元的基础理论24-27
• 2.3.1 刚塑性材料模型24-25
• 2.3.2 刚塑性材料的变分原理25-26
• 2.3.3 刚塑性有限元的求解步骤26-27
• 2.4 DEFORM-3D有限元软件简介27-28
• 2.4.1 概述27
• 2.4.2 DEFORM-3D的模块结构27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 径轴向环件轧制有限元建模29-44
• 3.1 环件材料的刚塑性本构关系29-31
• 3.2 有限元建模的关键技术解决31-37
• 3.2.1 轧辊的运动控制31-35
• 3.2.2 几何建模和网格划分35-37
• 3.2.3 其他边界条件设置37
• 3.3 仿真验证37-39
• 3.4 模拟结果分析39-43
• 3.4.1 等效应变的变化过程及最终分布39-41
• 3.4.2 温度的变化过程及最终分布41-42
• 3.4.3 轧制过程的力能变化42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 工艺参数对环件成形效果的影响44-73
• 4.1 评价指标44-46
• 4.2 轧辊运动对环件成形效果的影响46-55
• 4.2.1 轧辊运动方案的设计46
• 4.2.2 芯辊进给速度对环件成形效果的影响46-51
• 4.2.3 驱动辊转速对环件成形效果的影响51-55
• 4.3 轧辊尺寸对环件成形效果的影响55-63
• 4.3.1 轧辊尺寸的设计55
• 4.3.2 芯辊尺寸对环件成形效果的影响55-59
• 4.3.3 驱动辊尺寸对环件成形效果的影响59-63
• 4.4 毛坯尺寸对环件成形效果的影响63-72
• 4.4.1 毛坯尺寸的设计63-64
• 4.4.2 轧制比对环件成形效果的影响64-68
• 4.4.3 径向与轴向进给量之比对环件成形效果的影响68-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 工艺参数对能量消耗的影响73-82
• 5.1 轧辊运动对能量消耗的影响73-76
• 5.1.1 芯辊进给速度对能量消耗的影响73-74
• 5.1.2 驱动辊转速对能量消耗的影响74-76
• 5.2 轧辊尺寸对能量消耗的影响76-78
• 5.2.1 芯辊尺寸对能量消耗的影响76-77
• 5.2.2 驱动辊尺寸对能量消耗的影响77-78
• 5.3 毛坯尺寸对能量消耗的影响78-81
• 5.3.1 轧制比对能量消耗的影响78-80
• 5.3.2 径向与轴向进给量之比对能量消耗的影响80-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 全文总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-89
• 攻硕期间取得的科研成果89-90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王敏;杨合;郭良刚;;钛合金大环热辗扩过程轧辊运动的数值仿真研究(英文)[J];稀有金属材料与工程;2012年01期

2 郭良刚;杨合;金坚诚;;环件径轴向轧制毛坯尺寸设计方法[J];机械工程学报;2010年24期

3 王敏;杨合;郭良刚;;环件热辗扩成形有限元建模仿真研究进展[J];中国有色金属学报;2011年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 方沁林;圆度误差评定的算法研究与软件设计[D];华中科技大学;2007年

，

本文编号：1013052