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火车轮热成形工艺数值模拟

作　者: 韩笑宇
导　师: 赵长财
学　校: 燕山大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 火车轮热成形工艺本构方程数值模拟锻造偏心
分类号: U270.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本课题来源于国内某企业火车轮毂生产线工程项目。火车轮作为铁路运输的重要承载部件，发挥着至关重要的作用。伴随着我国高速铁路事业的迅猛发展，对火车轮各方面综合性能提出了更高的要求。而车轮热成形工艺不仅决定着车轮的外形形状与尺寸，更是为车轮各部位提供足够的变形以确保其综合力学性能。本项目车轮生产线的热成形采用模锻-轧制联合成形工艺，采用一次加热，将钢坯分步变形。通过设计合理的逐步成形和科学的变形累计而获得优质的轮坯，使车轮的热成形过程保持在较高的生产率和协调的生产节奏下，同时保证车轮制品的质量要求使其满足各方面综合性能，从而为实际生产提供技术支持与理论指导。本文主要针对火车轮除轧制以外的热成形工艺进行分析与数值模拟，具体研究内容如下：对火车轮常用材料CL60车轮钢进行材料模型建立，通过热模拟压缩试验测得其真实应力应变曲线，运用数值拟合的方法得到其可用的本构方程模型，并结合CL60车轮钢其他物理性能参数曲线，完善车轮钢材料模型库，为数值模拟奠定基础。基于上述材料模型，对840HDSA火车轮热成形工艺中的锻造、压弯、冲孔、热处理工步进行工艺分析设计并通过DEFORM-2D软件进行数值模拟，分析其变形过程的模腔充填、变形力、金属流动、应变分布等规律，为火车轮热成形工艺和模具的合理设计、预防成形缺陷、提高生产效率和产品质量提供保证。此外，本文对锻造工艺中的偏心缺陷进行了系统的研究，分析了产生锻造偏心缺陷的诸多因素，并针对其中两种因素运用DEFORM-3D软件进行相关模拟预测，阐述了锻造偏心缺陷的危害并提出了改善措施。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 国内外火车轮生产工艺简介及研究现状  10-12
    1.2.1 火车轮生产工艺简介  10-11
    1.2.2 火车轮热成形工艺研究现状  11-12
  1.3 火车轮锻轧热成形工艺与设计简介  12-14
  1.4 选题背景和意义以及主要研究内容  14-16
    1.4.1 选题背景、来源和意义  14-15
    1.4.2 主要研究内容  15-16
第2章火车轮材料模型的建立  16-25
  2.1 引言  16
  2.2 CL60车轮钢本构关系的确定  16-22
    2.2.1 热模拟压缩试验介绍  17
    2.2.2 试验结果分析  17-19
    2.2.3 CL60车轮钢的本构建模  19-22
  2.3 CL60车轮钢其他材料属性的确定  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章火车轮热成形工艺分析及数值模拟  25-53
  3.0 引言  25-26
  3.1 有限元数值模拟理论公式及基本假设  26-29
  3.2 热处理工艺分析及数值模拟  29-34
    3.2.1 火车轮热处理简介及工艺设计  29-31
    3.2.2 火车轮热处理数值模拟及结果分析  31-34
  3.3 压弯、冲孔工艺分析及数值模拟  34-40
    3.3.1 火车轮压弯工艺分析及数值模拟  35-39
    3.3.2 火车轮冲孔工艺分析及数值模拟  39-40
  3.4 火车轮锻造工艺分析及数值模拟  40-51
    3.4.1 预锻型腔优化设计及锻造过程变形分析  41-49
    3.4.2 其他工艺参数对锻造成形的影响  49-51
  3.5 本章小结  51-53
第4章火车轮锻造偏心缺陷  53-61
  4.1 引言  53
  4.2 造成车轮锻造偏心的主要因素  53-59
    4.2.1 摆放所致锻造偏心数值模拟与预测  54-57
    4.2.2 坯料端面倾斜所致锻造偏心数值模拟与预测  57-59
  4.3 改善车轮锻造偏心的措施  59-60
  4.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  65-66
致谢  66-67
作者简介  67

火车轮热成形工艺数值模拟

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