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大型环件径轴向轧制成形工艺理论研究

作　者: 周广
导　师: 华林
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 径轴向轧制大型环件有限元建模成形规律轧制参数
分类号: TG335
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 133次
引　用: 4次
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内容摘要

大型环件径轴向轧制是借助环件轧制设备使环件产生壁厚减小、高度减小、直径扩大、截面轮廓成形的先进塑性回转成形工艺,具有生产效率高、产品质量好、能源消耗低等技术经济优点,主要用于大型无缝环件的生产,被广泛应用于重型机械、火车、能源、航空航天等许多工业领域。大型环件径轴向轧制是一个三维非线性、非对称、非稳态的复杂成形工艺,成形过程中涉及到多因数耦合影响,目前对其的研究很少,使得实际生产缺乏理论指导,从而严重制约了该工艺的进一步应用与发展。本文在环件径向轧制的基础上,对大型环件径轴向轧制过程中的力学与运动学条件进行了研究,建立了大型环件径轴向轧制过程中径向孔型与轴向孔型的力学条件以及力能参数计算公式,推导了芯辊和上轴向锥辊进给速度、轴向锥辊跟随轧制速度以及驱动辊和轴向锥辊旋转速度的合理取值范围,研究结果为实际生产过程中各轧制参数的选取提供了理论依据。通过热压缩实验,获得了42CrMo钢在不同变形温度和应变速率下的真实应力-应变曲线,建立了42CrMo钢的高温流动应力模型,为有限元模拟提供了准确的材料模型。根据大型环件径轴向轧制的实际工作原理,以ABAQUS软件为平台,通过解决材料模型、计算方法、网格处理、接触与边界条件等关键技术,建立了大型环件径轴向轧制三维热力耦合有限元模型,并对该模型的可靠性进行了验证。基于可靠的有限元模型,通过仿真模拟,揭示了大型环件径轴向轧制过程中应变、温度、宽展以及力能参数的的分布与演变规律,研究结果为进一步了解和研究大型环件径轴向轧制的变形机制打下了基础。应用理论分析,对大型环件径轴向轧制的工艺参数进行了设计,建立了毛坯尺寸、轧辊尺寸、轧辊运动的设计方法。基于可靠的有限元模型,通过大量有限元模拟,系统研究了毛坯尺寸、轧辊尺寸、轧辊运动、以及其它轧制参数对大型环件径轴向轧制变形的影响规律,研究结果为实际生产过程中制定最优的轧制工艺提供了理论指导。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 大型环件径轴向轧制过程  9-11
    1.1.1 环件轧制分类  9-10
    1.1.2 大型环件径轴向轧制原理  10-11
    1.1.3 大型环件径轴向轧制优点  11
  1.2 大型环件径轴向轧制研究现状  11-14
  1.3 课题来源、目的及意义  14-15
    1.3.1 课题来源  14
    1.3.2 课题目的及意义  14-15
  1.4 本文主要研究内容  15-17
    1.4.1 大型环件径轴向轧制的力学与运动学条件  15
    1.4.2 环件材料高温流动应力模型的建立  15
    1.4.3 大型环件径轴向轧制热力耦合有限元模型的建立  15-16
    1.4.4 大型环件径轴向轧制变形规律的模拟分析  16
    1.4.5 大型环件径轴向轧制的工艺参数设计  16-17
第2章大型环件径轴向轧制力学与运动学条件  17-30
  2.1 大型环件径轴向轧制力学条件  17-22
    2.1.1 径向孔型力学条件  17-19
    2.1.2 轴向孔型力学条件  19-22
  2.2 大型环件径轴向轧制力能计算  22-26
    2.2.1 径向孔型力能计算  22-23
    2.2.2 轴向孔型力能计算  23-26
  2.3 大型环件径轴向轧制运动学条件  26-29
    2.3.1 轧辊进给速度的合理取值范围  26-28
    2.3.2 轴向锥辊跟随轧制速度的合理取值范围  28
    2.3.3 轧辊转速的合理取值范围  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章大型环件径轴向轧制热力耦合建模与模拟  30-51
  3.1 大型环件径轴向轧制热力耦合建模  30-43
    3.1.1 42CrMo钢高温流动应力模型的建立  30-37
    3.1.2 热力耦合建模关键技术  37-39
    3.1.3 热力耦合模型可靠性验证  39-43
  3.2 大型环件径轴向轧制热力耦合模拟  43-50
    3.2.1 模拟条件  43-44
    3.2.2 结果与分析  44-50
  3.3 本章小结  50-51
第4章大型环件径轴向轧制工艺参数设计  51-100
  4.1 大型环件径轴向轧制工艺参数设计  51-54
    4.1.1 毛坯尺寸设计  51-52
    4.1.2 轧辊尺寸设计  52-53
    4.1.3 轧辊运动设计  53-54
  4.2 工艺参数对大型环件径轴向轧制变形的影响  54-98
    4.2.1 评定指标  54-55
    4.2.2 毛坯尺寸对大型环件径轴向轧制变形的影响  55-64
    4.2.3 轧辊尺寸对大型环件径轴向轧制变形的影响  64-77
    4.2.4 轧辊运动对大型环件径轴向轧制变形的影响  77-92
    4.2.5 其它参数对大型环件径轴向轧制变形的影响  92-98
  4.3 本章小结  98-100
第5章总结与展望  100-102
  5.1 研究总结  100-101
  5.2 前景展望  101-102
参考文献  102-106
致谢  106-107
攻读硕士期间科研成果  107

大型环件径轴向轧制成形工艺理论研究

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