铜管三辊行星轧制过程轧制力及轧辊轴力学行为分析

摘要

铜管是生产制造领域中重要的功能性材料，经济和工业技术的进步促使铜管性能指标向着高导电、高导热、高精度等方向发展，研发具备短流程、连续化、自动化、节能节材等特点的先进铜管生产工艺已成为铜管加工行业的一项紧迫课题。三辊行星轧制技术作为铜管加工领域的新型先进技术，其加工率大变形复杂，轧制过程受到高温、轧制力等因素影响，对铜管三辊行星轧制过程管坯变形、温度、轧制力及轧辊轴的力学行为进行分析，具有重要意义。
　　论文在分析铜管三辊行星轧制工艺及轧制变形特点的基础上，运用大变形弹塑性有限元法和热力耦合分析理论，以大型非线性有限元软件MSC.Marc作为计算工具对轧制过程进行有限元模拟分析。结合实际生产，通过轧制工艺参数确定、轧制模型简化和几何模型建立、边界条件定义等工作，建立了精确合理的铜管三辊行星轧制成形有限元模型，该有限元数值模型可部分替代物理试验模型用于生产工艺研究，从而提高研究效率，减少研究成本。
　　根据有限元模拟结果，对管坯变形过程、轧制过程中金属流动、管坯应力应变状态和轧制力进行了分析。可知管坯从咬入轧制区产生减径减壁、集中变形到均整、规圆轧出管材的过程，其横截面形状经历了由圆形、圆弧三角形、再回规圆形的变形过程;轧制过程中管坯材料做螺旋前进运动;管坯变形区最高温度达到690℃左右;轧制过程中轧制力在190～250kN之间波动。轧制过程的模拟分析可为实际生产中轧制工艺参数优化、轧辊辊形设计、变形区温度控制提供指导，为轧机结构设计奠定力学基础。
　　以轧制力分析为基础，利用ANSYSWorkbench软件对轧辊轴进行有限元静力学和动力学分析，获取了轧辊轴最大工作应力、变形、静动态特性及轧辊轴在轧制力激励作用下的谐响应曲线，分析了轧辊轴变形、振动对轧制过程产生的影响。
　　本文的研究有助于推动三辊行星轧制技术在铜管加工领域的应用，为空调制冷、海洋工程等高技术领域提供高性能高精度的铜管产品。