D53K-8000数控辗环机轴向轧制系统研究

摘要

D53K-8000径-轴向辗环机是用于生产大型环件的设备，主要由轴向轧制机构和径向轧制机构组成。它所能轧制的环件最大外径为Φ8000mm，所能提供的最大轴向轧制力为5000kN，最大径向轧制力为6300kN。本文以D53K-8000径-轴向辗环机的轴向轧制系统为研究对象，利用有限元软件ANSYS对轴向轧制系统进行强度、刚度及模态分析，对锥辊进行温度场分析，为了减小上锥辊座对机架导轨的压力对油缸油压控制曲线进行了研究。主要的研究内容如下:
　　(1)用SolidWorks对D53K-8000径-轴向辗环机轴向轧制机构进行建模，再将模型导入到ANSYS中对轴向机构在无平衡缸和有平衡缸的两种工作方式下轧制区域距锥尖分别为400mm和800mm这四种工作状态进行强度、刚度分析。经分析发现:上锥辊座是整个机构中最危险的结构，其他结构的强度及机架刚度都满足要求;有平衡缸时机架所受的压力比无平衡缸时要小，为了减小机架的压力选择有平衡缸这种工作方式。
　　(2)对轴向轧制机构进行模态分析，得到了前五阶固有频率和振型，前五阶固有频率分别为17.93Hz、18.16Hz、20.55Hz、22.81Hz、25.15Hz。固有频率可以用于指导环件轧制策略的制定，只要设备工作频率避开固有频率的0.707～1.414倍就能有效地消除共振的影响。
　　(3)运用ANSYS软件提供的APDL语言对锥辊进行温度场分析，得到在辗环过程中锥辊的温度场分布，经分析发现锥辊在与环件接触的部分温度较高，距离环件越远温度越低，环件轧制结束时锥辊的最高温度大约400℃。
　　(4)为了降低上锥辊座对机架导轨的压力，得出了在辗环过程中主油缸以及平衡缸的油压控制公式，并且以尺寸为Φ1320×Φ1081×350的环件为例进行油压控制曲线的研究，得到了轧制该型号环件时的油缸油压控制曲线。
　　(5)对在结构分析中发现的强度不满足要求的结构进行改进，并对改进后的结构进行有限元分析，分析发现经过结构改进后强度满足设备使用要求。对轴向轧制机构的机架刚度以及锥辊部件的轴承进行寿命校核，经校核机架刚度和轴承寿命满足要求。
　　综上所述，本文主要对D53K-8000径，轴向辗环机的轴向轧制机构进行强度、刚度、模态分析以及对锥辊进行温度场分析，对油缸油压控制曲线进行了研究，对强度不满足要求的结构进行了改进，为设备的安全生产提供依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 辗环工艺与设备

1．1．1 辗环工艺

1．1．2 辗环设备

1．2 国内外研究现状

1．2．1 辗环工艺研究

1．2．2 辗环设备研究

1．2．3 其他塑性成形设备研究

1．3 课题来源、内容及意义

1．3．1 课题来源

1．3．2 课题研究内容及意义

第二章 轴向轧制机构装配体分析

2．1 引言

2．2 ANSYS软件介绍

2．3 轴向轧制机构结构分析

2．3．1 无平衡缸结构分析

2．3．2 有平衡缸结构分析

2．3．3 分析结果与比较

2．4 轴向轧制机构模态分析

2．4．1 模态分析理论

2．4．2 轴向轧制机构模态分析

2．5 本章小结

第三章 锥辊温度场分析

3．1 引言

3．2 热分析有限元理论

3．2．1 传热学理论

3．2．2 热分析的单元选择

3．2．3 热分析载荷设置

3．3 锥辊温度场分析

3．4 本章小结

第四章 油缸油压控制曲线

4．1 引言

4．2 油压计算公式

4．3 案例分析

4．4 本章小结

第五章 轴向轧制机构结构改进及有限元分析

5．1 结构改进

5．2 有限元分析

5．3 锥辊轴承寿命校核

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录