异形截面环件成形过程模拟以及工艺参数优化的研究

发布时间：2017-08-28 00:55

  本文关键词：异形截面环件成形过程模拟以及工艺参数优化的研究

  更多相关文章： 异形截面环件 径向轧制 毛坯形状 成形机理 工艺参数

【摘要】：异形截面环件作为一类特殊环形零件,如火车轮及轮毂、航天发动机外壳、自行车圈、管道法兰盘、轴承环等,广泛应用在机械、化工、冶金、船舶、汽车、航空航天等重要领域。异形截面环件轧制成形技术具有轧件成形质量高、材料性能高、生产效率高、生产成本低等特点。目前我国专家学者在矩形截面、台阶形截面环件轧制成形的理论与技术方面的研究已经非常完善,但是不同异形截面环件轧制成形的研究还不够成熟,远远不能满足轧制成形生产发展的需要。因此,开展异形截面环件轧制成型的研究,对于完善环件轧制技术、满足高效节能的生产需求具有重要意义。本文以典型的异形截面环件作为研究对象,以环件轧制理论为基础,通过轧制静力学分析,计算环件轧制的咬入条件和锻透条件,推导出主要轧制工艺参数的合理取值范围。采用专业的FORGE模拟软件建立有限元模型,对异形环件的典型毛坯形状进行模拟。并分析毛坯轧制过程中缺陷产生原因,逐步优化,得到了最优毛坯形状,即毛坯内孔直壁部分高度与法兰底座高度一致,内孔颈部为锥孔,且颈部外表面倾角为30°。通过有限元模拟,分析了异形截面环件在轧制过程中轧制力、等效塑性应变的变化规律,并对环件颈部、法兰底座在轴向和径向的金属流动规律,以及轧制过程的三个阶段的等效应变场进行分析,阐述了环件轧制成形机理和缺陷产生的原因。本文还研究分析了异形截面环件的主要工艺参数(芯辊进给速度、主辊旋转角速度)对环件辗扩过程中的轧制力、等效塑性应变以及成形质量的影响,得到了主辊旋转角速度5rad/s,芯辊进给速度5mm/s时,为轧制时的最优工艺参数。将模拟结果在D52-1600环扎机上进行实际生产验证,证实了优化的毛坯结构和工艺参数的合理性以及数值模拟结果的可靠性。根据本文的研究结果,可以为不同结构的异形截面环件轧制生产提供参考依据,并且对于拓展环件轧制的应用领域,提高复杂、异形截面环件的节能高效生产需求具有一定的工程应用价值和实际意义。
【关键词】：异形截面环件 径向轧制 毛坯形状 成形机理 工艺参数
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 异性截面环件热辗扩工艺10-11
• 1.3 异形截面环件轧制国内外的研究现状11-13
• 1.4 课题来源及意义13
• 1.5 课题主要研究内容13-15
• 第二章 异形截面环件轧制理论15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 异形截面封闭轧制静力学分析15-20
• 2.2.1 异形截面环件的咬入条件15-17
• 2.2.2 咬入条件的影响因素17-18
• 2.2.2.1 轧制摩擦影响因素17
• 2.2.2.2 轧辊尺寸影响因素17
• 2.2.2.3 环件瞬时尺寸影响因素17-18
• 2.2.2.4 环件轧制过程影响因素18
• 2.2.3 异形截面环件的锻透性分析18-19
• 2.2.4 锻透条件的影响因素19-20
• 2.2.4.1 轧辊尺寸影响因素19
• 2.2.4.2 环件瞬时尺寸影响因素19
• 2.2.4.3 环件轧制过程影响因素19-20
• 2.3 异形截面环件轧制工艺参数的计算20-21
• 2.3.1 芯辊进给速度的极限范围20-21
• 2.3.2 主辊转速的极限范围21
• 2.4 本章小结21-23
• 第三章 异形截面环件毛坯形状的设计和优化23-35
• 3.1 引言23
• 3.2 异形截面环件热辗扩有限元模型的建立23-27
• 3.2.1 材料本构关系23-24
• 3.2.2 环件及轧辊尺寸的设计24-25
• 3.2.3 初始毛坯结构参数的设计25
• 3.2.4 FORGE有限元软件介绍25-26
• 3.2.5 有限元模型的建立26-27
• 3.3 异形截面环件毛坯轧制分析及优化27-34
• 3.3.1 初始毛坯轧制模拟及翘曲缺陷分析27-28
• 3.3.2 翘曲缺陷的控制策略28-29
• 3.3.3 内锥孔毛坯轧制模拟及鱼尾缺陷分析29-31
• 3.3.4 鱼尾缺陷的控制策略31-33
• 3.3.5 优化后毛坯生产检验33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 异形截面环件轧制成形规律研究35-47
• 4.1 引言35
• 4.2 异形截面环件轧制过程中主辊轧制力变化规律35-36
• 4.3 异形截面环件轧制过程中温度场变化规律36-37
• 4.4 异形截面环件轧制成形金属流动规律研究37-42
• 4.4.1 轴向金属流动规律研究37-40
• 4.4.2 径向金属流动规律研究40-42
• 4.5 异形截面环件轧制的等效应变分析42-45
• 4.5.1 轧件咬入阶段等效应变分析42-43
• 4.5.2 轧件稳定轧制阶段等效应变分析43-44
• 4.5.3 轧件精整阶段等效应变分析44-45
• 4.6 本章小结45-47
• 第五章 工艺参数对异形截面环件成形工艺影响规律研究47-56
• 5.1 引言47
• 5.2 工艺参数的计算47-48
• 5.3 芯辊进给速度对成形工艺的影响研究48-52
• 5.3.1 芯辊径向进给速度对轧制力的影响规律48-50
• 5.3.2 芯辊进给速度对环件成形质量的影响规律50-52
• 5.4 主辊角速度对成形工艺的影响研究52-55
• 5.4.1 主辊旋转角速度对轧制力影响规律52-54
• 5.4.2 主辊旋转角速度对环件成形质量的影响规律54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第六章 异形截面环件实际生产实验研究56-62
• 6.1 前言56
• 6.2 实验方案确定56-59
• 6.2.1 实验毛坯与轧制设备的确定56-58
• 6.2.2 试验工艺参数的确定58-59
• 6.3 轧制结果检验59-61
• 6.3.1 毛坯成形效果59
• 6.3.2 轧制成品的内部缺陷检测59-60
• 6.3.3 轧制成品的组织力学性能检测60-61
• 6.4 本章小结61-62
• 第七章 结论62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间发表的学术论文67-68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汤翼,华林,鄢奉林,许雯,高永超,吴燕翔;环件冷轧中的形状和直径变化规律[J];武汉理工大学学报;2005年05期

2 汤翼;华林;赵玉民;鄢奉林;;立式轧环机轧制中环件运动学规律[J];中国机械工程;2006年03期

3 袁海伦;王泽武;曾青;;环件轧制过程三维动态数值模拟[J];重型机械;2006年02期

4 王斌;朱兴林;刘东;牛关梅;;斜I截面异型环件轧制过程数值模拟[J];热加工工艺;2013年07期

5 ;揬造大型环件用的工具[J];机械工人;1959年05期

6 华林，，赵仲治;环件轧制的极限参数[J];兵器材料科学与工程;1994年06期

7 华林,梅雪松,吴序堂;环件轧制中的形状和精度[J];汽车技术;1998年02期

8 华林,梅雪松,吴序堂;环件轧制过程的稳定性[J];重型机械;1999年03期

9 罗洲;华林;王志慧;周勇强;;环件轧制过程的显式有限元模拟分析[J];金属成形工艺;2003年06期

10 许雯;计算机技术在环件轧制中的应用[J];锻压装备与制造技术;2004年06期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 范兴义;沈志远;蒲练;罗顺明;邹伟;李俊;俞隽;;某异型环件裂纹缺陷的检测[A];西南地区第十届NDT学术交流会论文集[C];2009年

2 朱春东;华林;毛华杰;;对称双辊轴向轧制法兰环件变形规律研究[A];第3届全国精密锻造学术研讨会论文集[C];2008年

3 李君;李晓冬;陈龙;薛克敏;;基于DEFORM内沟槽环件轧制数值模拟研究[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年

4 华林;赵仲治;毛华杰;;环件轧制工艺参数设计[A];第八届全国塑性加工学术年会论文集[C];2002年

5 杨勇;张华;刘峰;吴永安;魏志坚;;高温合金环件特殊轧制工艺研究[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年

6 薛晖;郭乃成;罗子健;;环件轧制的上限模型及其应用[A];中国机械工程学会锻压学会第六届学术年会论文集[C];1995年

7 范兴义;俞隽;罗顺明;刘坚;;环件超声探伤中斜向缺陷反射波分析[A];西南地区第十届NDT学术交流会论文集[C];2009年

8 贾耿伟;吝章国;赵渭良;;GCr15轴承钢中不同形态的珠光体在冷轧中的组织演化[A];2014年全国钢材深加工研讨会论文集[C];2014年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 项爽;马钢按照市场需求建成国内环件生产基地[N];世界金属导报;2005年

2 通讯员　 贾国恒 记者　 项良新;马钢环件产品远销欧洲[N];安徽日报;2006年

3 钟吕轩;西南铝研制出5米巨型铝合金环件[N];中国有色金属报;2008年

4 通讯员 宋静茹　李晓斌;宝石机械环件加工由人控转向数控[N];中国石油报;2009年

5 张伟 王奋军;宣襄县域经济保持快速增长[N];忻州日报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 孟文;异形环件热轧制过程数值建模方法与实验研究[D];山东大学;2015年

2 王泽武;环件虚拟轧制技术及过程优化研究[D];华中科技大学;2007年

3 袁海伦;异形截面环件毛坯结构优化设计及轧制过程计算机仿真[D];华中科技大学;2006年

4 潘利波;环件径轴向轧制变形规律与CAPP系统研究[D];武汉理工大学;2007年

5 李宏伟;宏细观本构关系数值化及其在有限元模拟中的应用[D];西北工业大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邵一川;冷轧环件微观组织演变规律研究[D];武汉理工大学;2010年

2 汤翼;环件轧制和过程测量研究[D];武汉理工大学;2005年

3 曾旭东;大型内台阶环件径轴向轧制成形技术基础研究[D];武汉理工大学;2012年

4 刘晓飞;径轴向轧制过程对环件成型效果影响的数值模拟研究[D];大连理工大学;2013年

5 李天顺;内凹形截面环件轧制过程的数值模拟研究[D];山东大学;2013年

6 彭孝国;工艺参数对径轴向环件轧制成形影响研究[D];电子科技大学;2015年

7 王巧丽;基于电场法的锥形法兰环件轧制毛坯参数化设计与工艺研究[D];重庆大学;2015年

8 曲婧;异形截面环件成形过程模拟以及工艺参数优化的研究[D];太原科技大学;2015年

9 王朋;弧面条层法及其在环件热轧成形过程中的应用[D];燕山大学;2010年

10 田琛琛;双球面截面环件轧制成形规律研究[D];武汉理工大学;2010年

本文编号：746583