鼓形环坯热辗扩的宏微观耦合数值模拟研究

发布时间：2017-10-18 09:55

  本文关键词：鼓形环坯热辗扩的宏微观耦合数值模拟研究

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【摘要】：热辗扩是借助辗环机使环件产生连续局部塑性变形,从而使壁厚减小、直径变大、截面轮廓成形的一种塑性加工工艺。它在机械、能源、交通运输等工业领域有着广泛的应用,用于生产制造各种尺寸和截面形状的无缝环件。与环件其它生产方法相比,它具有生产效率高、产品范围广、材料利用率高、节约能源等技术经济优点。热辗扩工艺是一个受多因素影响的宏观变形和微观组织演变耦合的复杂成形过程。在成形过程中,除了使环件满足尺寸要求外,还要控制环件的晶粒度,实现晶粒的细化,提高环件的综合力学性能。目前在热辗扩宏微观研究上已经取得了很大进展,但多数研究都是基于矩形截面环坯进行的。然而,实际生产中获得的环坯多具有鼓形特征,而对于鼓形环坯在热辗扩中的宏微观变化研究甚少,尤其是涉及微观组织变化,因此亟需对此进行研究。本文以鼓形环坯热辗扩的宏微观变化为研究对象。首先分析了鼓形环坯的形成原因,针对鼓形环坯的几何特征,提出了鼓形环坯的简化思路。然后通过有限元模拟软件Simufact11.0建立了热辗扩有限元模型。基于该模型,对鼓形环坯在热辗扩中的宏微观变化进行了模拟分析。模拟揭示了鼓形环坯在热辗扩过程中的宏观成形规律,包括几何外形、温度、等效应变、成形载荷,以及微观组织演变规律,包括动态再结晶体积分数和晶粒尺寸。同时采用单因素变量法深入探讨了每转进给量、环坯初始温度、轧辊半径比、主辊转速四个工艺参数对环件微观组织的影响,并在此基础上进行正交试验,得出四因素对微观组织的影响效应大小:每转进给量主辊转速轧辊半径比环坯初始温度。最后,结合宏微观模拟分析和正交试验结果对鼓形环坯热辗扩进行了实际生产验证。本文在有限元数值模拟仿真的基础上,结合环件热辗扩基础理论,模拟分析了鼓形环坯热辗扩的宏观成形规律和微观组织演变规律,并深入探讨了轧制工艺参数对微观组织的影响。研究结果为实际生产中精确控制热辗扩成形过程、制定合理的工艺参数、优化工艺方案提供了指导,对于提高环件产品质量有重要的意义。
【关键词】：鼓形环坯 热辗扩 宏微观耦合 数值模拟 微观组织演变
【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】：TG306
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 引言12
• 1.2 热辗扩工艺成形概述12-16
• 1.2.1 热辗扩工艺的诞生及发展13-14
• 1.2.2 热辗扩工艺的分类14-15
• 1.2.3 热辗扩工艺优势及应用前景15-16
• 1.3 热辗扩工艺数值模拟研究现状16-18
• 1.3.1 热辗扩的宏观研究现状16-17
• 1.3.2 热辗扩的微观研究现状17-18
• 1.3.3 现阶段研究中的主要问题18
• 1.4 本文选题背景和意义18-19
• 1.5 本文主要研究内容及方法19
• 1.6 本章小结19-21
• 第二章 热辗扩金属成形理论基础21-31
• 2.1 热辗扩咬入条件分析21-25
• 2.1.1 径向咬入力学条件21-22
• 2.1.2 轴向咬入力学条件22-23
• 2.1.3 径向最大每转进给量的确定23-24
• 2.1.4 轴向最大每转进给量的确定24
• 2.1.5 咬入条件改善措施24-25
• 2.2 热辗扩锻透条件分析25-26
• 2.2.1 径向锻透的力学特征25
• 2.2.2 轴向锻透的力学特征25-26
• 2.2.3 径向最小每转进给量的确定26
• 2.2.4 轴向最小每转进给量的确定26
• 2.2.5 锻透条件改善措施26
• 2.3 热辗扩刚度稳定性条件分析26-29
• 2.3.1 刚度稳定性的力学特征27-28
• 2.3.2 塑性失稳及刚度条件模型28-29
• 2.3.3 刚度稳定性条件改善措施29
• 2.4 热辗扩数值模拟刚粘塑性有限元理论基础29-30
• 2.4.1 刚粘塑性材料的基本假设概述29
• 2.4.2 塑性力学基本方程与边界条件29-30
• 2.4.3 刚粘塑性材料的变分原理30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 鼓形环坯的形成及有限元模型的建立31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 鼓形环坯的形成31-35
• 3.2.1 自由锻镦粗工艺概述32-33
• 3.2.2 鼓形环坯的产生33-34
• 3.2.3 鼓形环坯的几何特征34
• 3.2.4 鼓形环坯的简化34-35
• 3.3 热辗扩宏微观有限元模型的建立35-40
• 3.3.1 Simufact软件简介35-36
• 3.3.2 几何模型的建立36
• 3.3.3 材料模型的确立36-37
• 3.3.4 网格划分37-38
• 3.3.5 边界条件的处理38-39
• 3.3.6 数值模拟参数的确立39-40
• 3.4 热辗扩有限元模型的验证40-41
• 3.4.1 环件尺寸的验证40-41
• 3.4.2 环件温度的验证41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 鼓形环坯热辗扩宏微观变化模拟研究43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 鼓形环坯热辗扩宏观变化规律43-48
• 4.2.1 几何外形变化规律43-44
• 4.2.2 温度变化规律44-45
• 4.2.3 等效应变变化规律45-47
• 4.2.4 成形载荷变化规律47-48
• 4.3 鼓形环坯热辗扩微观组织分布及演变规律48-51
• 4.3.1 研究思路和计算条件48-49
• 4.3.2 动态再结晶体积分数的大小及分布规律49-50
• 4.3.3 晶粒尺寸大小及分布规律50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 工艺参数对鼓形环坯热辗扩微观组织的影响规律53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 工艺参数对微观组织的影响规律53-58
• 5.2.1 主辊转速对微观组织的影响53-54
• 5.2.2 轧辊半径比对微观组织的影响54-56
• 5.2.3 每转进给量对微观组织的影响56-57
• 5.2.4 环坯初始温度对微观组织的影响57-58
• 5.3 正交试验设计58-61
• 5.3.1 正交试验简述58-59
• 5.3.2 因素和水平的确定59
• 5.3.3 试验指标的确定59-60
• 5.3.4 正交试验结果及分析60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 鼓形环坯热辗扩的实际生产验证62-67
• 6.1 生产设备及参数62-63
• 6.2 生产验证用材料及参数63
• 6.3 生产过程验证63-65
• 6.4 微观组织验证65
• 6.5 本章小结65-67
• 第七章 结论与展望67-70
• 7.1 完成的主要工作及结论67-68
• 7.2 展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 在学期间发表的学术论文74

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本文编号：1054244