厚板类锻件拔长的成形规律及应用研究

摘要

大型锻件是冶金、电力、石油、化工、矿山、交通运输行业和核能工业等大型成套设备的核心零部件。大型锻件的制造能力反映了国家在国民经济、国防军事等领域的高端综合实力,是我国大型装备制造的瓶颈。本文主要是通过有限元仿真和试验研究的方法,研究压下率、砧宽比、料宽比、应变速率、摩擦因数、初始温度等拔长工艺参数对厚板类锻件成形的影响规律。具体的研究内容和所得结论如下:
　　 (1)建立了拔长厚板类锻件的热力耦合刚粘塑性有限元模型,采用平均伸长率和最大宽展率的变化过程来表征大厚板类锻件的形状变化规律。
　　 (2)运用DEFORM-3D软件对厚板类锻件单工步拔长和一道次拔长过程进行了热力耦合的有限元仿真,讨论了压下率、砧宽比、料宽比、应变速率、摩擦因数、初始温度等拔长工艺参数对锻件成形的影响规律。结果表明:压下率、砧宽比和料宽比是影响锻件成形的主要工艺参数,而应变速率、摩擦因数、初始温度的影响不显著;在一道次拔长过程中,工步序数对锻件平均伸长率的影响较大,以第1工步的平均伸长率为标准,第2工步增加了12.4％,第3工步增加了12.5％,第4工步增加了10.6％。锻件变形区两端比例和同一道次内工步的数量对锻件平均伸长率的影响都较小。
　　 (3)进行了厚板类锻件的高温拔长实验。拔长后锻件平均伸长率和最大宽展率的实验测量值与有限元计算值的最大误差分别为5.8％和6.8％。
　　 (4)提出了预测厚板类锻件拔长平均伸长率的数学模型,其预测值与实验结果吻合较好。编制了可预测锻件拔长几何尺寸和设计锻造操作机末端运动轨迹的模块,可为自动化锻造厚板类锻件提供设计依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 厚板类锻件生产现状及锻造工艺概述

1.1.1 国内外厚板类锻件生产研究现状

1.1.2 厚板类锻件锻造工艺概述

1.2 有限元模拟技术在厚板类锻件锻造中的应用现状

1.2.1 有限元法的发展与分类

1.2.2 锻造成形工艺数值模拟技术发展现状

1.3 厚板类锻件锻造成形规律及控制成形的研究现状

1.4 课题研究的意义及主要内容

1.4.1 课题研究的意义

1.4.2 本文主要研究内容

第二章 热力耦合刚粘塑性有限元模型

2.1 刚粘塑性有限元基本理论

2.1.1 刚粘塑性材料的基本假设

2.1.2 刚粘塑性有限元法塑性力学基本方程

2.1.3 刚粘塑性有限元的变分原理

2.1.4 刚粘塑性有限元的求解

2.2 热力耦合的基本理论

2.2.1 热传递的方式

2.2.2 热分析的基本方程

2.2.3 定解条件

2.2.4 热力耦合计算

2.3 刚粘塑性有限元模型的建立

2.3.1 有限元模型的建立

2.3.2 工艺参数的设定

2.4 本章小结

第三章 厚板类锻件拔长的形变规律

3.1 有限元模拟数据的处理方法

3.2 锻件单工步拔长的形变规律

3.2.1 压下率对锻件形变的影响规律

3.2.2 砧宽比对锻件形变的影响规律

3.2.3 料宽比对锻件形变的影响规律

3.2.4 应变速率、摩擦因数以及初始温度对锻件形变的影响规律

3.3 锻件一道次拔长的形变规律

3.3.1 工艺参数对平均伸长率的影响规律

3.3.2 一道次拔长最大宽展出现位置的研究

3.4 本章小结

第四章 有限元仿真的验证实验

4.1 实验设计与过程

4.2 厚板类锻件单工步拔长过程的实验验证

4.2.1 单工步拔长厚板类锻件的平均伸长率

4.2.2 单工步拔长厚板类锻件的最大宽展率

4.3 厚板类锻件一道次拔长过程的实验验证

4.3.1 一道次拔长厚板类锻件的平均伸长率

4.3.2 一道次拔长厚板类锻件的最大宽展率

4.4 本章小结

第五章 锻件拔长形变预测模型及应用研究

5.1 锻件拔长形变预测模型

5.1.1 锻件拔长形变预测模型的提出

5.1.2 锻件拔长形变预测模型的评价

5.2 厚板类锻件拔长形变规律的工程应用

5.2.1 开发环境和应用平台简介

5.2.2 锻造机和操作机的顺应动作设计

5.2.3 工程应用模块流程图的编制

5.2.4 厚板类锻件拔长过程中的操作机末端轨迹设计

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目情况