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大型支承辊锻件锻造工艺与模拟技术研究

作　者: 赵俊伟
导　师: 陈学文；史宇麟
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 大型锻件物理模拟流变应力模型有限元数值模拟
分类号: TG316
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 72次
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内容摘要

大型锻件作为大型成套设备的核心零件,在国民经济建设、国防装备发展和现代尖端科学技术重大装置的建设中,起着非常重要的作用。其生产能力、产品级别与性能质量水平已成为一个国家工业水平的标志。支承辊是轧钢生产设备的主要零部件,在不同规模的轧钢企业和各种规格的轧钢机上得到广泛使用。整体锻造支承辊是轧钢机的心脏型部件,工作状态的好坏直接关系到板材的表面质量和板形。支承辊锻件的特点是辊身尺寸大、重量大,是大型轴类锻件的代表。辊面承受巨大的应力,质量要求也高,制造难度就大。本文应用现代锻造理论对支承辊锻造工艺进行分析优化,以提高锻件质量。本文中的大型支承辊锻件的材料为45Cr4NiMoV钢。针对45Cr4NiMoV钢,本文中通过物理模拟实验测定了其流变应力曲线。论述了流变应力模型的发展历程,计算出了该钢材的热塑性变形的激活能,并利用模拟软件Deform-3D中的材料本构方程,建立45Cr4NiMoV钢的材料模型。为该材料在热变形领域的应用及大型支承辊的锻造工艺提供科学依据,并为进一步的研究该材料奠定基础。根据对WHF法锻造拔长工艺中的砧宽比和料宽比的控制、每趟压下率的安排和合理错砧等理论的分析结果,运用有限元软件Deform-3D对45Cr4NiMoV钢支承辊进行多次数值模拟,在模拟过程中,分析了不同的工艺参数对锻件内部应力应变的分布及消除内部缺陷的影响。通过模拟结果的对比,优化了大型支承辊锻件的锻造工艺。本文对45Cr4NiMoV特大型支承辊材料及其锻造工艺的研究结果,为下一步对大型锻件内部裂纹模拟的研究奠定了有利的基础。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
第1章绪论  8-19
  1.1 概述  8-9
  1.2 支承辊生产制造概况  9-12
    1.2.1 支承辊的技术要求  9-10
    1.2.2 支承辊的发展  10-11
    1.2.3 支承辊的制造难度  11-12
  1.3 大型锻件生产发展现状及锻造工艺和缺陷的研究进展  12-17
    1.3.1 国内外大型锻件的发展  12-13
    1.3.2 大型锻件的锻造工艺发展  13-16
    1.3.3 大型锻件的缺陷研究  16-17
  1.4 课题研究的主要内容  17-19
第2章材料模型的建立  19-35
  2.1 前言  19
  2.2 Gleeble 物理模拟技术的应用  19-23
    2.2.1 高温圆柱体压缩试验  19-21
    2.2.2 平面应变压缩实验  21-23
  2.3 热变形应力-应变曲线数学模型的研究  23-27
    2.3.1 热变形应力—应变曲线的类型  24-25
    2.3.2 不同类型的应力—应变曲线模型的研究  25-27
  2.4 45Cr4NiMoV 钢的应力—应变曲线  27-32
    2.4.1 实验材料与实验方法  27-28
    2.4.2 实验结果与分析  28-31
    2.4.3 流变应力模型的建立  31-32
  2.5 45Cr4NiMoV 钢的材料库建立  32-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章大型支承辊数值模拟的理论基础  35-48
  3.1 前言  35-37
  3.2 刚-（粘）塑性有限元法基本原理  37-40
    3.2.1 刚-（粘）塑性的基本假设  37
    3.2.2 塑性成形过程的基本方程  37-38
    3.2.3 刚-（粘）塑性有限元的变分原理  38-40
  3.3 有限元法的模拟条件  40-41
    3.3.1 接触边界摩擦条件  40-41
    3.3.2 网格的划分与重划分  41
  3.4 WHF 锻造法的应用  41-47
    3.4.1 砧宽比和料宽比的控制  42-43
    3.4.2 压下率和锻比的安排  43-46
    3.4.3 合理错砧的安排  46
    3.4.4 镦粗与拔长的关系  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章大型支承辊锻件的工艺模拟  48-60
  4.1 引言  48
  4.2 初步压下量  48-49
  4.3 不同砧宽的模拟  49-55
    4.3.1 支承辊锻造工艺规划  49-50
    4.3.2 有限元模型的建立  50-52
    4.3.3 模拟结果分析  52-55
  4.4 不同工艺参数的模拟  55-58
    4.4.1 支承辊新锻造工艺  55-56
    4.4.2 有限元新模型建立  56-57
    4.4.3 新模拟结果分析  57-58
  4.5 工艺参数验证  58-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章结论与展望  60-62
  5.1 结论  60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间的研究成果  69

大型支承辊锻件锻造工艺与模拟技术研究

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