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内台阶锥形环件轧制工艺与设备研究

作　者: 韩星会
导　师: 华林
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 环件轧制内台阶锥形环件数值模拟优化轧环机
分类号: TG335.19
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

环件轧制是一种生产无缝环件的特种加工工艺，它是通过局部连续轧制的方法，将小直径厚截面的环形毛坯逐渐轧制成大直径的薄截面的环件，它具有省力、节能、节材、生产率高、生产成本低、产品范围广等显著特点，在许多工业领域中得到了广泛的应用。环件轧制技术最有吸引力的领域和发展方向是直接轧制成形截面轮廓复杂的异形截面环件，然而，与矩形截面环件相比，异形截面环件轧制成形规律更复杂，轧制过程中常常出现截面轮廓充不满、拉缩、凹坑、碟形等各种特有现象，这些现象是异形截面环件轧制成形规律的客观反映。要通过轧制成形生产合格的异形截面环件，必须研究、认识、掌握和灵活应用异形截面环件轧制成形规律。内台阶锥形环件是一种典型的异形截面环件，本文采用数值模拟和物理实验相结合的研究方法，对内台阶锥形环件轧制工艺进行了深入研究，主要研究内容和结果如下：基于环件轧制理论和弹塑性有限元理论，建立了铅材料内台阶锥形环件轧制有限元模拟模型。以有限元模拟软件ABAQUS为平台，运用有限元程序ABAQUS／Explicit对铅材料内台阶锥形环件的轧制过程进行了模拟。通过模拟计算，揭示了铅材料内台阶锥形环件轧制缺陷形成机制；分析了铅材料内台阶锥形环件轧制金属流动规律及轧制力能参数；研究了高径比对铅材料内台阶锥形环件轧制变形规律的影响。针对铅材料内台阶锥形环件轧制缺陷，对轧制毛坯和轧制孔型进行了优化设计，模拟结果表明，采用优化轧制毛坯和轧制孔型，轧制金属的流动状况得到了明显的改善。采用铅环件试样在D51-160A热轧环机上进行轧制实验，轧制出了合格的内台阶锥形环件预轧制环件。模拟和实验结果证明了轧制毛坯和轧制孔型优化方案是合理的。对内台阶锥形环件轧制难度进行了分析，提出用环件锻件和轧制毛坯的水平横截面积分布规律来描述内台阶锥形环件的轧制难度。对内台阶锥形环件及其几种改进环件的轧制过程进行模拟，模拟结果表明，环件锻件和轧制毛坯的水平横截面积分布规律能够较好地描述内台阶锥形环件的轧制难度，并能对其轧制缺陷进行很好的预测，同时也可作为内台阶锥形环件预轧件设计的依据。研究了LD10铝合金内台阶锥形环件轧制变形规律。采用Gleeble-3500热模

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 异形截面环件轧制的研究现状  11-16
    1.2.1 台阶截面环件轧制的研究现状  11-13
    1.2.2 圆锥滚子轴承轧制的研究现状  13-15
    1.2.3 沟球轴承轧制的研究现状  15-16
    1.2.4 锥形环件轧制的研究现状  16
  1.3 课题的来源、目的和意义  16-17
  1.4 本文的主要研究内容  17
  1.5 本章小结  17-18
第2章环件轧制的有限元方法和模拟软件简介  18-30
  2.1 引言  18-19
  2.2 有限元法的分类  19-20
  2.3 环件轧制有限元分析的基本理论  20-24
    2.3.1 弹塑性有限元法基本理论  20-23
    2.3.2 动力显式算法的应用及基本原理  23-24
  2.4 ABAQUS有限元分析软件介绍  24-29
    2.4.1 前处理  26-28
    2.4.2 模拟计算  28
    2.4.3 后处理  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章铅材料内台阶锥形环件轧制模拟  30-44
  3.1 引言  30
  3.2 内台阶锥形环件轧制工艺分析  30-35
    3.2.1 内台阶锥形环件结构特点  30-33
    3.2.2 内台阶锥形环件轧制毛坯设计  33-34
    3.2.3 内台阶锥形环件轧制孔型设计  34-35
  3.3 内台阶锥形环件轧制有限元模拟  35-43
    3.3.1 内台阶锥形环件轧制模型的建立  35-36
    3.3.2 内台阶锥形环件轧制缺陷形成机制  36-38
    3.3.3 内台阶锥形环件轧制金属流动规律分析  38-39
    3.3.4 内台阶锥形环件轧制力能参数分析  39-41
    3.3.5 高径比对内台阶锥形环件轧制变形规律的影响  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章内台阶锥形环件轧制工艺优化和实验研究  44-58
  4.1 引言  44
  4.2 内台阶锥形环件轧制毛坯和轧制孔型优化  44-47
    4.2.1 优化方案的确定  44-46
    4.2.2 优化前后模拟结果比较  46-47
  4.3 工艺优化前后的轧制实验研究  47-51
    4.3.1 轧制孔型安装调试  47-48
    4.3.2 轧制毛坯制造  48-49
    4.3.3 工艺优化前后的实验结果比较  49-51
  4.4 内台阶锥形环件轧制难度分析  51-57
    4.4.1 异形截面环件截面轮廓充满难度指标  51-52
    4.4.2 内台阶锥形环件轧制难度分析  52-57
  4.5 本章小结  57-58
第5章 LD10铝合金内台阶锥形环件轧制成形研究  58-68
  5.1 引言  58
  5.2 LD10铝合金高温力学性能研究  58-62
    5.2.1 实验材料和实验方法  58-59
    5.2.2 真实应力-应变曲线  59-60
    5.2.3 热变形流变应力方程  60-62
  5.3 LD10铝合金环件轧制温度范围的确定  62-64
  5.4 LD10铝合金环件热轧常见缺陷  64-65
  5.5 LD10铝合金内台阶锥形环件热轧有限元模拟  65-66
  5.6 本章小结  66-68
第6章环件热轧设备研究  68-75
  6.1 引言  68
  6.2 D51-160A热轧环机的结构形式和工作原理  68-69
  6.3 D51-160A热轧环机运动学分析  69-73
    6.3.1 D51-160A热轧环机CAD模型的建立  69-71
    6.3.2 CAD模型的导入及ADAMS环境的设置  71
    6.3.3 CAD模型运动驱动的施加  71-72
    6.3.4 模型仿真分析及结果处理  72-73
  6.4 本章小结  73-75
第7章结论与展望  75-77
  7.1 结论  75-76
  7.2 展望  76-77
参考文献  77-79
致谢  79-80
攻读硕士期间发表的论文  80

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