径—轴向辗环工艺过程数值模拟与毛坯设计

摘要

径-轴向辗环是利用径-轴向辗环机使环坯产生连续局部塑性变形，进而实现环坯直径增大，壁厚减薄，截面轮廓逐渐成形的塑性成形工艺，是无缝环件的主要成形方法。目前，在大型环件径-轴向辗环的研究中，大多为给定毛坯尺寸确定其相应的轧制策略，与毛坯尺寸相关的研究很少，毛坯尺寸是影响环件成形的重要因素，因此研究大型环件成形过程中毛坯尺寸和工艺参数具有重要意义。
　　本文研究了外径1320mm，内径1081mm和高度350mm的大型环件成形过程，根据实际生产数据利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对制坯和辗环进行数值模拟，同时设计了每一道工序的毛坯尺寸。
　　建立了镦粗过程的有限元模型进行数值模拟，得到镦粗的三个变形区:难变形区、小变形区和易变形区;镦粗后产生鼓形，鼓形导致锻件外表面产生了较大的切向拉应力，如果切向拉应力超过材料的抗拉强度可能导致锻件产生纵向裂纹;模拟镦粗力值接近理论镦粗力值，验证了镦粗数值模拟的正确性。分析了工艺参数对镦粗过程的影响，得到随着毛坯高径比的增大，锻件的畸变程度增加但所需要的力减小;摩擦系数增大，锻件的畸变程度和所需要的力增大，为镦粗毛坯尺寸的设计提供依据。
　　对冲盲孔过程进行数值模拟，得到冲盲孔时锻件的应力和应变分布;冲盲孔力随着行程的增加而增大。分析了工艺参数的影响，得到冲头直径大、冲头圆角半径小时所需要的冲盲孔力较大同时锻件畸变严重。对冲连皮过程进行数值模拟，得到随着行程的增加锻件的应变值逐渐增大;模拟得到的冲连皮力接近理论值，验证数值模拟的正确性;同时得到冲连皮力随着冲头直径和连皮厚度的增加而变大，为设计辗环内径尺寸奠定基础。
　　对D53K-2500A辗环机辗环过程进行了数值模拟，得到辗环时环件的应力、应变和变形分布，以及轧辊的轧辊力随时间的变化曲线，为优化工艺参数提供依据;并对模拟过程中出现的问题进行分析提出解决方法。
　　以降低设备吨位和均匀变形为设计目标，结合体积不变条件，设计了各工序的毛坯尺寸，并进行相应的数值模拟。结果表明，采用设计的毛坯尺寸可行;镦粗和冲盲孔工序成形时所需的力降低，同时锻件的畸变程度减小。实验结果为以后的实际生产提供了必要的依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 大型环件成形工艺

1．1．1 大型环件成形工艺流程

1．1．2 大型环件成形过程研究方法

1．2 国内外研究现状

1．2．1 径-轴向辗环数值模拟

1．2．2 数值模拟的软件平台

1．2．3 毛坯设计

1．3 选题目的及意义

1．4 主要研究内容

第二章 镦粗过程数值模拟

2．1 有限元分析模型

2．1．1 几何模型

2．1．2 单元和材料类型

2．1．3 网格划分

2．1．4 接触和载荷

2．2 结果分析及验证

2．2．1 应力、应变和变形分析

2．2．2 表面单位压力分布

2．2．3 镦粗力分析

2．3 工艺参数的影响

2．3．1 高径比

2．3．2 摩擦系数

2．4 本章小结

第三章 冲孔过程数值仿真

3．1 冲盲孔过程数值仿真

3．1．1 有限元分析模型

3．1．2 结果与分析

3．1．3 工艺参数的影响

3．2 冲连皮过程数值仿真

3．2．1 有限元分析模型

3．2．2 结果分析及验证

3．2．3 工艺参数的影响

3．3 本章小结

第四章 径-轴向辗环过程数值模拟

4．1 运动参数的分析

4．1．1 旋转运动

4．1．2 直线运动

4．1．3 曲线运动

4．2 有限元分析模型

4．2．1 几何模型

4．2．2 单元和材料类型

4．2．3 网格划分

4．2．4 接触和载荷

4．3 结果与分析

4．3．1 应力、应变和变形分析

4．3．2 轧辊力的分析

4．4 模拟过程中出现的问题

4．5 本章小结

第五章 毛坯设计

5．1 辗环过程的毛坯设计

5．2 制坯过程的毛坯设计

5．3 案例分析及验证

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