厚壁深槽环件复合轧制成形规律与工艺理论研究

摘要

广泛应用于工程机械领域的双联齿轮坯、双边法兰体和高压阀体等厚壁深槽类环件，其共同几何特征为壁厚、小孔以及表面带有深槽。此类环件传统的加工方法为整体锻造及后续机械切削，但存在生产成本高、生产效率低，且产品质量差的缺点。在我国大力倡导节能减排、绿色制造的大环境下，迫切需要开发一种针对厚壁深槽类环件的省时省力、节能节材的制造新工艺。
　　 环件轧制是制造高精度无缝环件的先进制造技术，比整体锻造工艺更节能省材，且生产效率高;三辊横轧工艺属于连续局部塑性成形工艺中的特种轧制技术，可以精确控制环件表面的深槽尺寸成形。本文就在环件轧制技术和三辊横轧技术的基础上，提出了复合轧制工艺，即将普通环轧与三辊表面横轧两个阶段合并为一种连续的环件轧制新加工工艺。拟从理论分析、数值模拟及试验方面进行基础性和系统性的研究，以期揭示复合轧制中的宏观塑性变形机制和微观组织演变机理，并建立轧制工艺设计方法。
　　 本文介绍了复合轧制工艺的成形原理，并从理论推导方面分析了复合轧制过程中的静力学条件以及几何学运动学变化规律，确定了环件的稳定轧制条件和瞬时几何状态。
　　 在ABAQUS平台上建立了环件复合轧制三维有限元模型，通过试验验证模型可靠性，分析了金属流动、等效应变、温度场和力能参数等变化与分布规律，揭示复合轧制过程中的宏观塑性变形行为。通过有限元模拟分析辊径比、转速、进给速度、初始轧制温度和摩擦系数等各工艺参数对环件变形过程及结果的影响规律。
　　 通过理论推导，建立环坯、孔型和工艺参数设计方法，确定轧制比、各轧辊的尺寸的合理取值范围和从动辊工作位置，建立了系统完善的复合轧制工艺设计方法，再通过设计试验验证此工艺设计方法的有效性，最终形成针对厚壁深槽及相似类回转体环件的复合轧制新工艺理论体系。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 环件轧制技术研究与应用现状

1．2 厚壁深槽环件及其制造工艺方法

1．3 环件复合轧制技术原理与特点

1．4 课题来源、目的和意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 课题研究的目的和意义

1．5 本文研究主要内容

1．5．1 环件复合轧制静力学条件

1．5．2 环件复合轧制几何学运动学规律

1．5．3 环件复合轧制有限元建模与模拟

1．5．4 环件复合轧制工艺设计方法

1．6 本章小结

第2章 环件复合轧制静力学条件分析

2．1 辗扩阶段静力学分析

2．2 表面横轧阶段静力学分析

2．3 本章小结

第3章 环件复合轧制几何学运动学规律分析

3．1 环件复合轧制几何学规律分析

3．1．1 几何尺寸的定义

3．1．2 辗扩阶段环件几何尺寸

3．1．3 两阶段过渡时刻及环件几何尺寸

3．1．4 表面横轧阶段环件几何尺寸

3．2 环件复合轧制运动学规律分析

3．3 本章小结

第4章 环件复合轧制有限元建模与模拟分析

4．1 环件复合轧制热力耦合三维有限元建模

4．1．1 模型参数

4．1．2 建模关键技术

4．1．3 复合轧制工艺可行性评估

4．1．4 模型可靠性试验验证

4．2 环件复合轧制变形行为模拟分析

4．2．1 基本变形行为与规律

4．2．2 工艺参数对环件复合轧制变形状态的作用规律

4．3 本章小结

第5章 环件复合轧制工艺设计方法

5．1 环坯设计

5．2 孔型设计

5．2．1 轧辊工作半径

5．2．2 从动辊工作位置

5．3 工艺参数设计

5．3．1 主动辊转速

5．3．2 主动辊进给速度

5．3．3 总进给量和轧制时间

5．4 工艺设计方法试验验证

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果

附录

A．编写的Mathematica7．0程序