大型环件径—轴向辗环实验测试装置开发

摘要

大型环件轧制是利用径-轴向辗环机使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。由于径-轴向轧制技术具有节能、节材、高效、优质等技术经济优点，大幅度降低了高性能大型环件的生产成本，受到各行业的广泛关注。
　　 目前，在径-轴向辗环方面的研究中，由于缺少相应的实验装置，有关大型环件的工艺实验研究主要依托大型径-轴向辗环设备，不仅实验难度大，而且成本高，给研究工作带来了诸多不便。同时由于径-轴向辗环的复杂性，开展大量的实验研究必不可少。因此，开发一台径-轴向辗环实验测试装置是深入开展径-轴向辗环研究的关键。
　　 本文采用相似原理，以D53K-2500A径-轴向数控辗环机为参考对象，完成了大型环件径-轴向辗环实验测试装置的设计。利用有限元软件ANSYS对径-轴向辗环实验测试装置的轴向轧制机构和径向轧制机构进行了刚度、强度分析，同时利用相似性原理得到了实验所得轧制力与实际辗环过程轧制力之间的换算关系式。
　　 本文的主要研究内容有:
　　 (1)通过利用相似性理论，确定了径-轴向辗环实验测试装置的实验材料为铅、塑性泥以及石蜡，得到实验所得轧制力与实际辗环过程轧制力之间的换算关系式，为开展环件轧制的实验和理论研究提供依据，创造了条件。
　　 (2)以大型径-轴向数控辗环机D53K-2500A为参考对象，应用相似性理论以及环件轧制理论计算得出实验装置的主要技术参数。完成了径-轴向辗环实验测试装置的设计工作，并利用三维软件SolidWorks绘制了实验装置整体结构以及径向轧制力和轴向轧制机构的三维模型图。
　　 (3)通过利用有限元软件ANSYS，对径-轴向辗环实验测试装置的轴向轧制机构和径向轧制机构进行刚度、强度分析，结果表明，轴向轧制机构的刚度强度满足设计要求;径向轧制机构中的芯辊部件的刚度强度满足设计要求;但是径向轧制机构中的主辊部件的刚度强度不能满足设计要求，需要对其进行结构修改。在承受相同的额定载荷的情况下，芯辊部件所受到的最大等效应力、最大等效应变随着轧制环件的尺寸高度增加而减小，而芯辊部件的最大位移变形量却随着轧制环件的尺寸高度增加而变大;主辊部件所受到的最大等效应力、最大等效应变以及最大位移变形量随着轧制环件的高度尺寸的增加而增加，且呈线性变化趋势。
　　 (4)针对主辊部件设计不合理的情况，对主辊部件进行了修改。利用有限元软件ANSYS对修改后的主辊部件进行了刚度、强度的有限元分析。通过分析可知，改进后的主辊部件强度刚度完全满足设计要求，改进后的主辊部件设计可行。
　　 综上所述，本文开发了径-轴向辗环实验测试装置，建立了轧制力与实际辗环过程轧制力之间的关系式，分析了实验装置结构的强度刚度，并对不满足设计要求的部件进行了改进。所取得的研究成果为径-轴向辗环实验测试装置的深入研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 径-轴向辗环工艺及设备

1．1．1 大型环件径-轴向辗环原理

1．1．2 径-轴向数控辗环工艺特点

1．1．3 径-轴向辗环设备工作原理

1．2 国内外研究进展

1．3 选题的意义

1．4 本文研究内容

第二章 实验环件设计及轧制力计算

2．1 相似理论

2．1．1 相似理论三定理

2．1．2 相似准则及求导方法

2．2 环件轧制模拟材料选取

2．2．1 实验材料选取条件

2．2．2 实验材料选取

2．3 实验环件参数确定

2．4 实验模拟预测变形载荷

2．5 本章小结

第三章 径-轴向辗环实验测试装置结构设计

3．1 实验装置总体设计

3．2 实验装置主参数确定

3．2．1 径向轧制力和径向轧制力矩

3．2．2 轴向轧制力和轴向轧制力矩

3．2．3 电动机的选型

3．3 径-轴向辗环实验测试装置

3．3．1 轴向轧制机构

3．3．2 径向轧制机构

3．4 本章小结

第四章 径-轴向辗环实验测试装置结构有限元分析

4．1 轴向轧制机构的刚度强度分析

4．1．1 轴向轧制机构几何建模

4．1．2 材料属性

4．1．3 网格划分

4．1．4 接触定义

4．1．5 约束及载荷处理

4．1．6 轴向轧制系统角刚度定义

4．1．7 计算结果及分析

4．2 径向轧制机构的刚度强度分析

4．2．1 芯辊部件的刚度强度分析

4．2．2 主辊部件的刚度强度分析

4．3 本章小结

第五章 径向轧制机构主辊部件改进及分析

5．1 主辊部件的结构改进

5．2 改进主辊部件的刚度强度分析

5．3 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