环件径向轧制动力学研究

摘要

环件轧制是借助于轧环机，通过对环形预制坯零件的连续轧制，使环件产生截面尺寸减小、直径扩大、截面轮廓成形的一种塑性加工工艺。具有优质、环保、高效、经济等优势。环件径向轧制变形过程具有三维、连续渐变、局部成形、非线性、非稳态、非对称、多道次等特点，属于特种轧制方法。其动力学规律十分复杂，深入开展这方面的研究具有重要的理论与实际意义，可以为开展环件轧制控制理论与方法研究打下基础，为实现环件精密轧制创造条件。
　　 本文从环件径向轧制生产实际中存在的环件偏摆振动与轧辊径向振动现象出发，通过理论分析、系统建模、有限元计算实验，研究了影响环件径向轧制动力学的因素，建立了环件径向轧制的动力学理论与方法。
　　 研究环件偏摆振动与轧辊径向振动现象提出了环件径向轧制稳定性评价方法。分析了影响环件偏摆振动、轧辊径向振动的因素。
　　 研究了环件偏摆振动规律，首次建立了环件偏摆振动的动力学模型。分析了塑性铰动态变化规律及其对环件偏摆振动的影响。提出塑性铰位于偏向轧制出口侧的位置，压下量波动使塑性铰动态变化。提出了产生偏摆振动的根本在于环件轧制过程本身内在的自激振动机制，自激振动源于轧制力矩的波动，环件偏摆振动不断地从驱动辊获得能量。
　　 研究轧辊径向振动规律，首次建立了进给速度与瞬时压下量、局部壁厚等之间的非线性关系式，建立了环件径向轧制系统运动学、动力学模型。考虑轧制过程中轧辊振离环件的现象。研究了系统运动部件质量、系统刚度、系统阻尼对轧辊径向振动和环件轧制过程的影响，揭示了系统参数对环件轧制动力学过程的影响规律。提出增大系统质量、阻尼、刚度，减小材料屈服强度都有利于系统稳定，在一定的系统参数条件下，系统会产生自激振动。首次将系统刚度、阻尼引入环件径向轧制有限元分析过程，验证了质量、阻尼、刚度、材料屈服强度对环件轧制动力学系统的影响。
　　 研究了固定导向辊的位置和主动运动导向辊的运动对环件偏摆振动的影响，表明：固定导向辊位置的合理设置、主动运动导向辊的设置能够提高环件轧制过程的稳定性。