铜管四辊行星轧制工艺有限元模拟研究

摘要

最近出现了一种新的轧管工艺——STP轧管工艺，其核心设备为四辊行星轧机，又称KRM轧管机，其结构和工作原理与三辊行星轧机(PSW轧机)类似。与三辊行星轧机相比，采用四辊行星轧机轧制铜管的轧制速度更快，可以大大提高生产效率；而且管坯变形更均匀，轧出的产品质量更好。 目前，铜管四辊行星轧制工艺尚处于摸索阶段，轧制过程中材料的流动机制、管坯的变形过程以及温度场分布等也有待研究。本文借助商业非线性有限元分析软件Msc.Marc，对TP2紫铜管四辊行星轧制过程进行了可视化数值仿真模拟分析，为探索铜管四辊行星轧制工艺提供了一种有效途径。 建立合理有效的铜管四辊行星轧制有限元模型是正确进行模拟分析的关键。首先，在充分了解四辊行星轧机的结构和工作原理的基础上，建立四辊行星轧机轧制的运动学模型，推导出轧辊转速的计算公式，为设定合理的模拟轧制工艺参数提供理论依据；而后，通过Gleeble压缩实验获得TP2紫铜在不同温度、不同变形速率下的流动应力，为有限元模拟提供准确的材料模型；进一步给出合理的初边条件和边界条件及其在有限元分析软件中的设置处理方法，对有限元分析中所需的各种参数进行调试，最终建立起合理的TP2紫铜管四辊行星轧制有限元分析模型。 通过模拟分析获得了铜管四辊行星轧制管坯变形过程及材料的流动机理。四辊行星轧制过程中坯料既沿着圆周方向旋转，又沿着轧制线前进。而管坯横断面的变形一个是从圆形到圆四边形再回规圆形的过程。与三辊行星轧制相比，四辊行星轧制管坯的反复弯曲应力显著减小，进而大大减小了在管坯表面形成裂纹的可能性。 给出了塑性变形热和摩擦热内热源计算方法，及热边界条件的处理方法，建立了铜管四辊行星轧制温度场数学模型。通过对四辊轧制过程进行热力耦合模拟分析，获得了变形区管坯的温度场分布。 模拟分析了轧辊辊形、轧辊转速以及摩擦系数对轧制过程的影响。通过模拟分析得到实际生产过程中可以通过改变轧辊辊形、提高轧辊转速、增大摩擦系数等办法提高轧制速度。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2铜管生产方法

1.3铜管行星轧制

1.4行星轧制理论研究概况

1.5行星轧制有限元模拟研究

1.6课题研究意义、内容及路线

2铜管四辊行星轧制有限元模型的建立

2.1引言

2.2轧辊转速的计算

2.3材料模型

2.4有限元模型

2.5边界条件的定义

2.6小结

3铜管四辊行星轧制成形过程分析

3.1引言

3.2轧制工艺参数

3.3铜管四辊行星轧制变形机理

3.4管坯变形过程分析

3.5小结

4铜管四辊行星轧制温度场分析

4.1引言

4.2温度场数学模型

4.3变形区的温度场分析

4.4实验验证

4.5 小结

5铜管四辊行星轧制工艺分析

5.1引言

5.2轧辊辊形对轧制过程的影响

5.3轧辊转速对轧制过程的影响

5.4摩擦系数对轧制过程的影响

5.5小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢