冷辗扩芯辊失效分析与数值仿真研究

摘要

环件冷辗扩技术是高质量无缝环件生产的先进制造技术，在机械、汽车、造船、冶金、化工、航空航天等领域有着广泛的应用。 冷辗扩芯辊是环件冷辗扩设备上一个关键的成形模具，其使用寿命的长短直接关系着环件轧制的生产效率和成本，同时芯辊对轧制件的质量和精度有着重要影响。由于芯辊受力状态的复杂性和工作环境的恶劣性，导致用于轧制小型轴承套圈的芯辊易于发生断裂，以致芯辊寿命一直处于较低的水平。本文即针对环件冷辗扩用芯辊寿命短的现象，以失效分析和数值模拟的方法对芯辊在轧制过程中的一些基本规律进行深入的研究。 本文以轧制GCrl5轴承圈的高速钢W6M05Cr4V2冷轧芯辊为例，对不同寿命的断裂芯辊进行失效分析。发现冷辗扩芯辊寿命分布呈现一定规律性，芯辊寿命多分布在较高寿命区域(大于8000次)和较低寿命区域(1000～3000次)。利用扫描电镜对不同寿命的芯辊的断口形貌、疲劳源及表面缺陷进行比较和分析，得到不同寿命的芯辊断裂的原因和特点。 以环件轧制理论为基础，运用相关的数学和理论力学知识，归纳、总结了芯辊在闭式轧制中受力状态。建立了芯辊在轧制过程中的力学模型，分析了芯辊在与毛坯的接触区域内所受辗压力及摩擦力分布规律。根据分析结果，得到适合环件轧制工作环境的芯辊所应具有的力学性能和显微组织要求，为芯辊热处理工艺改进提供依据。 在芯辊受力分析的基础上，以弹塑性有限元分析方法为基础，以ANSYS/LS-DYNA软件为平台，对芯辊进行动态和静态仿真分析。根据闭式轧制中芯辊受力状态，在软件中建立了环件冷辗扩简化模型，对其进行仿真分析。得到芯辊在轧制过程中应力变化规律以及该变化规律对芯辊疲劳寿命的影响，为以后的芯辊疲劳寿命预测提供依据。根据毛坯咬入和锻透条件，设定不同的芯辊进给速度，得到进给速度对芯辊所受辗压力及应力影响规律。同时在软件中对芯辊进行静态力学分析，找出在轧制过程中芯辊表面受力危险区域。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.1.1环件轧制成形工艺简介

1.1.2环件冷辗扩设备现状

1.1.3冷辗扩技术研究现状和发展方向

1.2冷辗扩芯辊的国内外研究现状

1.3课题提出目的与意义

第二章断裂失效分析

2.1韧性断裂失效分析

2.1.1韧性断裂特征

2.1.2韧性断裂机理

2.2脆性断裂失效分析

2.2.1脆性断裂特征

2.2.2脆性断裂机理

2.3疲劳断裂

2.3.1疲劳断裂的特点和分类

2.3.2疲劳断裂机理

2.3.3疲劳裂纹特征

2.3.4引起疲劳断裂的载荷类型

2.3.5疲劳寿命影响因素

第三章W6MO5CR4V2钢断裂分析及芯辊性能要求

3.1 W6MO5CR4V2钢简介

3.2 W6MO5CR4V2钢断裂芯辊失效分析

3.2.1芯辊断口分析

3.2.2断裂芯辊裂纹源分析

3.2.3断裂芯辊显微组织分析

3.2.4 W6Mo5Cr4V2钢芯辊断裂分析

3.3小结

第四章芯辊受力状态分析

4.1芯辊总体受力分析

4.2稳态轧制阶段芯辊受力分析

4.3芯辊与毛坯接触区受力分析

4.4小结

第五章芯辊有限元模拟分析

5.1引言

5.2芯辊有限元分析因素选择

5.3芯辊动态有限元分析

5.3.1冷轧芯辊模型的建立

5.3.2模拟结果及分析

5.4芯辊静力分析

5.4.1模型的建立

5.4.2计算结果及分析

5.5小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表的论文