楔横轧模具摩擦磨损机理的研究

发布时间：2017-09-06 18:18

  本文关键词：楔横轧模具摩擦磨损机理的研究

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【摘要】：楔横轧技术具有“高效、优质、低载荷、低消耗”等优点，已成为塑性成形工艺的重要加工方式之一。由于楔横轧模具自身的特殊性和工作环境恶劣，模具表面的一些关键部位磨损过快，导致轧件成形问题及芯部疏松、孔洞等缺陷，增加了生产成本，，降低了产品质量。因此，本文开展了楔横轧模具的磨损机理研究。 本文首先从理论上分析了楔横轧模具与轧件的相对运动关系，发现模具表面楔面交界棱线位置的接触应力和相对滑移距离较大；基于温度修正的Archard磨损公式，建立了楔横轧模具磨损的热力耦合三维有限元模型，通过模拟发现模具轧制后的磨损严重区域位于楔面交界的棱线区域。为了验证理论分析和模拟仿真结果的正确性，进行了楔横轧轧制现场实验，发现模拟结果与理论分析和有限元模拟的结果与实验结果一致，磨损最严重的区域出现在楔入段和展宽段的交界棱线位置附近。为了进一步找出磨损严重的原因，分析了各种力能参数对模具交界形面附近磨损的影响，发现三向应力均在轧件转半圈区域达到应力峰值，在峰值处径向应力最大。最后模拟了轧制温度、展宽角、成形角、轧件断面收缩率、轧辊直径、轧辊转速和摩擦系数7种工艺参数的变化对磨损量的影响，发现磨损量在1100℃时最小，温度过高或过低都会造成磨损量上升；展宽角、成形角、断面收缩率和摩擦系数增大会导致磨损量整体上升；随着轧辊直径的增加，磨损深度先增大后减小。 本文研究结果对保证轧件产品质量、延长模具寿命具有指导意义，并能够为楔横轧模具的减摩增寿提供借鉴，进一步丰富塑性加工摩擦学理论。
【关键词】：楔横轧模具 交界形面 摩擦磨损机理 工艺参数
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG333;TH117.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 楔横轧成形原理及其特点10-11
• 1.2.1 楔横轧模具失效形式10-11
• 1.3 楔横轧模具的磨损形式11
• 1.4 国内外研究现状11-13
• 1.4.1 楔横轧工艺技术的研究现状12-13
• 1.4.2 小结13
• 1.5 研究内容13-15
• 1.5.1 本文主要工作13-14
• 1.5.2 论文的研究思路14-15
• 2 楔横轧模具摩擦力、磨损成因分析15-20
• 2.1 轧辊与轧件的相对运动15-18
• 2.1.1 轧辊与轧件的圆周速度15-17
• 2.1.2 轧辊与轧件的相对滑动17-18
• 2.2 轧辊与轧件间的轧制力18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 3 楔横轧模具的磨损有限元建模20-29
• 3.1 磨损计算方法20-21
• 3.1.1 Archard 磨损理论20-21
• 3.2 Marc 有限元仿真软件及其磨损理论基础21-24
• 3.2.1 MSC. Marc 软件简介22
• 3.2.2 Marc 中接触与摩擦的处理22-23
• 3.2.3 修正的 Archard 模型23-24
• 3.3 有限元磨损模型的建立24-27
• 3.3.1 确定模具的几何参数及加工条件24-25
• 3.3.2 Archard 磨损模型及其修正25-27
• 3.3.3 轧制工况的设定27
• 3.4 磨损模型的准确性验证27-28
• 3.5 本章小结28-29
• 4 楔横轧轧制过程中模具磨损实验29-41
• 4.1 实验方案和装置29-34
• 4.1.1 实验方案设计30
• 4.1.2 实验装置和材料30-34
• 4.2 实验过程34-35
• 4.2.1 模具的安装调试与坯料加工34
• 4.2.2 实验具体操作过程34-35
• 4.3 实验结果与讨论35-38
• 4.3.1 模具磨损结果分析35-38
• 4.4 模具棱线上的温度变化分析38-39
• 4.5 实验中存在的部分问题及解决办法39-40
• 4.6 本章小结40-41
• 5 楔横轧模具磨损机理分析41-49
• 5.1 楔横轧模具表面力学行为分析41-46
• 5.1.1 等效应力、应变概念的理论基础41-42
• 5.1.2 模具表面等效应力、应变分布与磨损严重部位42-44
• 5.1.3 交界面棱线上的三向应力分析44-46
• 5.2 模具棱线上的温度变化分析46-48
• 5.3 本章小结48-49
• 6 工艺参数对磨损量影响分析49-59
• 6.1 轧制温度49-51
• 6.2 展宽角51-52
• 6.3 成形角52-53
• 6.4 摩擦系数53-54
• 6.5 断面收缩率54-55
• 6.6 轧辊直径55-56
• 6.7 轧辊转速56-57
• 6.8 小结57-59
• 7 结论与展望59-62
• 7.1 全文总结59-60
• 7.2 研究展望60-62
• 参考文献62-65
• 在学研究成果65-66
• 致谢66

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本文编号：804693