闭开联合楔横轧轴类件成形与成性均匀性研究

摘要

楔横轧轴类件的均匀性是指轧件在轧制过程中变形的均匀程度。在成形过程中，轧件变形均匀性越高，轧件各部分的变形程度就越趋于均匀，有利于产生均匀的内部组织和良好的外观尺寸。在衡量轧制工艺的优劣性时，轧件在轧制过程中的均匀性应作为重要的参考因素。因此，本文开展闭开联合楔横轧轴类件成形与成性的均匀性研究，在轧制过程中确保轧件的高质量、高效率和材料的高利用率。 本文采用DEFORM-3D仿真和闭开联合楔横轧轴类件轧制实验相结合的研究方法，系统研究闭开联合楔横轧轴类件成形与成性的均匀性，通过有限元模拟可以看到轧件变形过程中轧件的金属流动规律、应力应变，以及成形后的平均晶粒尺寸和动态再结晶体积分数，从而定量的衡量轧件变形均匀程度。因此，在阐明均匀性评价指标基础上，采用数值模拟方法，从轧制过程中各阶段应力应变的变化情况研究了成形均匀性，着重研究了轧件断面收缩率对成形均匀性的影响；从轧制过程中各阶段平均晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的变化情况研究了成形均匀性；在此基础上，分别研究了楔入段挡楔角θ1，挤压延展段挡楔角θ3，断面收缩率以及坯料直径对凹心值和微观晶粒分布均匀性的影响，得到了闭开联合楔横轧轴类零件在本模型条件下的最优工艺参数；最后进行闭开联合楔横轧的轧制实验，测量轧制实验后轧件的凹心值并与仿真模拟结果进行对比，验证了闭开联合楔横轧轴类件可以减小轧件的凹心值；通过42CrMo合金钢的金相实验，得到轧件微观组织并测得平均晶粒尺寸，与有限元仿真模拟的结果进行对比，确定了轧件经过轧制后微观组织较为均匀。 本文的研究成果为有效控制闭开联合楔横轧轴类件的成形与成性质量提供理论基础，同时为解决轴件端部凹心值以及端部缺陷提供了可靠的实验依据，为楔横轧工艺的实际生产提供了相关理论指导。

目录

1绪论

1.1楔横轧工艺研究现状

1.1.1楔横轧工艺

1.1.2楔横轧工艺的发展概况

1.2楔横轧工艺质量控制研究现状

1.3课题来源及研究内容

1.3.2课题的研究意义

1.3.3课题的研究内容

2闭开联合楔横轧轴类件的有限元建模

2.1闭开联合楔横轧轴类件工作原理

2.2模具设计的原则

2.2.2楔横轧工艺参数的选取原则

2.3闭开联合楔横轧的模具设计

2.3.1 轧件的材料与尺寸

2.3.3闭开联合楔横轧闭式阶段模具改进方法

2.3.4开式阶段模具改进方法

2.4 闭开联合楔横轧轴类件的有限元数值模拟模型的建立

2.4.1材料42CrMo的本构方程与再结晶模型

2.4.2有限元法及软件概述

2.4.3有限元模型的简化假设

2.4.4 建立闭开联合楔横轧有限元模拟模型

2.4 本章小结

3.轴向闭开联合楔横轧成形均匀性分析

3.1基于应变变形均匀性系数的评价指标

3.2楔横轧成形过程受力状态分析

3.3闭开联合楔横轧工艺金属流动分析

3.4闭式轧制段应力场分析

3.4.1闭式楔入段纵截面应力分析

3.4.2闭式展宽段纵截面应力分析

3.4.3闭式轴向挤压延展段纵截面应力分析

3.4.4闭式精整段纵截面应力分析

3.4.5开式楔入段纵截面应力分析

3.4.6开式展宽段纵截面应力分析

3.4.7开式精整段纵截面应力分析

3.5闭式轧制段应变场

3.5.1闭式楔入段纵截面应变分析

3.5.2闭式展宽段纵截面应变分析

3.5.3闭式轴向挤压延展段纵截面应变分析

3.5.4闭式精整段纵截面应变分析

3.5.5开式楔入段纵截面应变分析

3.5.6开式展宽段纵截面应变分析

3.5.7开式精整段纵截面应变分析

3.6断面收缩率对闭开联合轧制成形均匀性的影响

3.7 本章小结

4.轴向闭开联合楔横轧成性均匀性分析

4.1基于平均晶粒尺寸的成性均匀性评价指标

4.2轴类件轴向闭开联合轧制温度场的分布

4.2.1闭式楔入段温度场

4.2.2闭式展宽段温度场

4.2.3闭式轴向挤压延展段温度场

4.2.4闭式精整段温度场

4.2.5开式楔入段温度场

4.2.6开式展宽段温度场

4.2.7开式精整温度场

4.2.8轧件内部的温度特征

4.3轴类件闭开联合轧制微观组织分布特征

4.3.1闭式楔入段平均晶粒尺寸与动态再结晶体积分数

4.3.2闭式展宽段平均晶粒尺寸与动态再结晶体积分数

4.3.3闭式轴向再延伸段平均晶粒尺寸与动态再结晶体积分数

4.3.4闭式精整段平均晶粒尺寸与动态再结晶体积分数

4.3.5开式楔入段平均晶粒尺寸与动态再结晶体积分数

4.3.6开式展宽段平均晶粒尺寸与动态再结晶体积分数

4.3.7开式精整段平均晶粒尺寸与动态再结晶体积分数

4.4断面收缩率对成性均匀性的影响

4.4本章小结

5 工艺参数对闭开联合轧制均匀性的影响

5.1 轧件端部凹心与闭开联合楔横轧成形均匀性的关系

5.1.1 轧件端部凹心长度的计算方法

5.2工艺参数对闭式楔横轧轴类件端部凹心的影响规律分析

5.2.1 不同工艺参数凹心值的测量

5.2.2 楔入段挡楔角 θ1对凹心值的影响

5.2.3 轴向挤压延展段挡楔角 θ3对凹心值的影响

5.2.4 断面收缩率对凹心值的影响

5.2.5 坯料直径对凹心值的影响

5.2.6各因素对闭开联合楔横轧轧件凹心值的影响程度

5.3工艺参数对闭开联合楔横轧轴类件成性均匀性的影响规律分析

5.3.2 不同工艺参数平均晶粒尺寸的测量

5.3.3楔入段挡楔角 θ1对轧件各截面平均晶粒尺寸的影响

5.3.4轴向挤压延展挡楔角 θ3对轧件各截面平均晶粒尺寸的影响

5.3.5断面收缩率对轧件各截面平均晶粒尺寸的影响

5.3.6坯料直径对轧件各截面平均晶粒尺寸的影响

5.4 本章小结

6 闭开联合楔横轧成形与成性的轧制实验

6.1实验准备

（1）楔横轧机

（2）电磁加热炉

（3）红外测温仪

6.2实验过程

6.2.1坯料准备

6.2.2实验模具

6.2.3实验挡板

6.3实验步骤

6.4 实验结果与分析

6.4.1 模拟与实验轧件端面质量对比

6.5 闭开联合楔横轧微观组织实验

6.5.1轧制前晶粒尺寸测定

6.5.2轧制后晶粒尺寸测定

6.6本章小结

7.1结论

7.2展望

参考文献

在学研究成果

致谢