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锚杆斜轧成形规律及工艺参数研究

作　者: 倪俊义
导　师: 赵玉民
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 锚杆三辊斜轧有限元 Deform-3D
分类号: TG335
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 51次
引　用: 3次
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内容摘要

自钻注浆式外螺纹锚杆是一种比较先进的锚固体系,集钻孔、注浆、锚固等多功能为一体。利用斜轧工艺加工锚杆外螺纹,不仅可以避免切断金属纤维结构导致的强度降低,而且可以利用冷塑性变形过程中的加工硬化提高其表面强度。同时,该加工工艺还可以节省材料、提高精度和效率等优点。但是,现在对空心件外螺纹三辊斜轧方面的研究还有不足,实际生产中主要还是靠经验调整参数为主。本文结合钢管轧制、锲横轧、两辊斜轧等方面的理论知识,分析了管状毛坯外螺纹三辊斜轧咬入和稳定轧制的条件,讨论了轧制过程中轧件的运动状态及应力分布,根据波形螺纹特征分析了轧制过程中坯料与轧辊间的滑动机理。根据产品尺寸要求及轧制系统空间位置关系设计轧辊,设置模拟系统,确定轧制变量参数。建立毛坯及轧辊三维图形,导入Deform-3D软件并设置不同参数组合的前处理文件。模拟并对后处理数据进行分析。根据模拟结果,分析了轧辊在径向及轴向的载荷分布,讨论了壁厚对径向载荷的影响,建立了空心管外螺纹斜轧选择合适壁厚的理论依据。对轧件的应力数据进行分析,利用有限元方法验证了关键部位的应力性质及不同轧制时间的应力分布。对应变分布的分析找出了斜轧过程中容易出现牙型尺寸不足的原因。最后分析了不同壁厚、辗轧角、毛坯外径对最终轧件内外径及壁厚变化的影响规律。本课题的研究为进一步研究外螺纹三辊斜轧工艺和生产提供了部分理论依据,具有一定的理论价值和现实意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 外螺纹加工的研究现状  9-10
  1.3 外螺纹斜轧工艺概述  10-13
    1.3.1 螺纹滚压技术  10-11
    1.3.2 斜轧工艺发展现状  11-12
    1.3.3 外螺纹斜轧工艺分类  12
    1.3.4 斜轧成形工艺中的技术关键  12-13
  1.4 研究目标及研究内容  13
  1.5 本文的研究方法  13-14
  1.6 本章小结  14-15
第2章外螺纹斜轧成形原理  15-25
  2.1 外螺纹斜轧时金属的成形过程  15-16
  2.2 坯料的咬入条件  16-19
  2.3 斜轧时轧件的运动  19-20
  2.4 斜轧时轧件的应力  20-21
  2.5 斜轧时的应变类型  21
  2.6 坯料和轧辊间的滑动  21-23
  2.7 斜轧时的三角形效应  23-24
  2.8 本章小结  24-25
第3章外螺纹斜轧模型的建立  25-35
  3.1 坯料模型的建立  25-26
  3.2 轧辊模型的建立  26-31
    3.2.1 轧辊直径的确定  26-27
    3.2.2 咬入段凸棱侧面倾角  27-28
    3.2.3 轧辊孔型部分的长度  28
    3.2.4 轧辊孔型修型  28-31
      3.2.4.1 轧辊螺距的调整  28-29
      3.2.4.2 轧辊螺纹齿形高度的调整  29-30
      3.2.4.3 轧辊模型确定  30-31
  3.3 轧辊的定位  31-34
    3.3.1 辗轧角  31-32
    3.3.2 倾斜轴及倾斜角  32-33
    3.3.3 轧辊的旋转轴  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章外螺纹斜轧的有限元模拟  35-47
  4.1 金属塑性有限元理论概述  35-38
    4.1.1 刚塑性材料基本假设  36-37
    4.1.2 刚塑性体塑性力学基本方程及边值条件  37
    4.1.3 刚塑性有限元法  37-38
  4.2 DEDORM软件介绍  38-41
    4.2.1 DEFORM技术特性  39
    4.2.2 DEFORM的处理模块  39-41
  4.3 有限元模拟思路  41-42
  4.4 有限元模型的建立  42-47
    4.4.1 导入三维模型  42-43
    4.4.2 选择材料属性  43
    4.4.3 坯料网格划分  43-44
    4.4.4 边界条件设定  44-45
    4.4.5 模拟变量参数及方案  45-46
    4.4.6 本章小结  46-47
第5章模拟结果及分析  47-60
  5.1 轧辊载荷分析  47-52
    5.1.1 x-axis径向载荷  47-49
    5.1.2 y-axis径向载荷  49
    5.1.3 z-axis轴向载荷  49-50
    5.1.4 壁厚对径向载荷的影响  50-52
  5.2 应力分析  52-54
    5.2.1 咬入段横截面应力分布  52-54
    5.2.2 横截面等效应力分布变化  54
  5.3 等效应变分析  54-55
  5.4 轧件尺寸分析  55-59
    5.4.1 壁厚对内螺纹的影响  55-56
    5.4.2 辗轧角对轧件尺寸的影响  56-58
    5.4.3 坯料外径对最终外径的影响  58-59
  5.5 本章小结  59-60
第6章总结与展望  60-63
  6.1 总结  60-62
  6.2 展望  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
附录攻读硕士期间发表的论文  67

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