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302不锈钢管件三辊冷轧工艺研究

作　者: 范涛
导　师: 李永华
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 不锈钢管冷轧有限元工艺参数优化
分类号: TG335.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 61次
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内容摘要

冷轧作为管件冷加工的主要手段，尤其对高精度薄壁管成形，其特点是减壁能力强，可显著改善材料的力学性能、尺寸精度和表面质量。随着科学技术的迅速发展，薄壁无缝不锈钢管在航空、电子、化学、原子能等工业得到广泛应用，对其质量要求也越来越高。本文基于LD型三辊冷轧机成形特点和有限元原理，应用大型非线性有限元模拟软件MSC. Marc对302不锈钢管件三辊冷轧过程进行数值模拟分析，其研究成果对实际生产具有一定指导意义。主要研究内容及成果包括以下几方面：(1)本文采用有限元软件MSC. Marc，通过对动态接触边界条件、局部坐标控制纯滚动等关键性技术问题的假设和简化处理，建立了302不锈钢管件三辊冷轧弹塑性有限元模型，模拟并分析了轧制过程中变形区金属流动规律、应力应变分布规律并预测了管件损伤裂纹的发生。(2)着重分析了不同工艺参数如进给量、回转角、摩擦系数和开口角对轧制结果的影响。探讨了不同进给量和开口角对轧制力的影响趋势以及回转角对管件变形诱导运动的影响。通过模拟结果的综合分析，获得合理工艺参数，为参数优化提供依据。(3)对轧制后管件表面出现的竹节痕缺陷进行的分析表明优化滑道工作段，比如加长定径段和倒角锥段长度可以有效避免管件竹节痕的出现。同时分析了管材轧制过程中出现的由凸耳形成的轧折缺陷的原因，与模拟结果进行了对比分析。模拟可以有效预测和避免缺陷的产生。(4)根据模拟计算结果中的工艺参数进行实验验证，发现模拟结果与实验结果一致。采用模拟优化后的工艺参数在实验中得到质量较好的成品，研究结果可指导不锈钢管的轧制生产。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-20
  1.1 引言  12-13
  1.2 钢管分类  13
  1.3 周期式冷轧机的发展及特点  13-16
    1.3.1 周期式冷轧机的发展  13-15
    1.3.2 周期式冷轧管的特点  15-16
  1.4 管件加工研究概况  16-17
  1.5 课题研究意义和内容  17-20
    1.5.1 课题意义  17-18
    1.5.2 研究内容  18
    1.5.3 课题研究路线  18-20
第2章塑性有限元基本理论  20-26
  2.1 引言  20
  2.2 有限元理论概述  20
  2.3 弹塑性有限元法  20-22
    2.3.1 屈服准则与流动准则  21
    2.3.2 硬化准则  21-22
    2.3.3 弹塑性本构关系  22
  2.4 非线性求解的流程  22-23
  2.5 非线性方程组的求解方法  23-24
  2.6 非线性迭代的收敛判据  24-25
    2.6.1 残差检查  24-25
    2.6.2 位移检查  25
    2.6.3 应变能检查  25
  2.7 本章小结  25-26
第3章钢管三辊冷轧有限元模型建立  26-35
  3.1 引言  26
  3.2 Marc 软件特点  26-27
  3.3 三辊冷轧机原理和模型简化  27-28
  3.4 三辊冷轧钢管数学仿真模型的建立  28-34
    3.4.1 接触边界条件  28-29
    3.4.2 分离问题  29-30
    3.4.3 摩擦问题  30-32
    3.4.4 管坯单元网格划分  32-33
    3.4.5 运动边界条件  33-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章不锈钢管三辊冷轧成形结果分析  35-43
  4.1 引言  35
  4.2 轧制工艺参数  35
  4.3 结果分析  35-42
    4.3.1 截面变形过程  35-36
    4.3.2 减径区金属变形规律  36-37
    4.3.3 减壁区金属变形规律  37-39
    4.3.4 轧制力  39
    4.3.5 裂纹损伤预测  39-42
  4.4 本章小结  42-43
第5章不同工艺参数对钢管轧制成形过程的影响  43-61
  5.1 引言  43
  5.2 不同送进量对轧制过程的影响  43-44
  5.3 不同管件回转角对轧制过程的影响  44-48
  5.4 不同轧制摩擦系数对轧制过程的影响  48-50
  5.5 不同轧辊开口角对轧制过程的影响  50-53
  5.6 轧制成品管件结果分析  53-58
    5.6.1 管件轧制过程中截面变化情况  54-55
    5.6.2 等效应力分布  55
    5.6.3 等效应变分布  55-56
    5.6.4 轧制力  56-58
  5.7 表面缺陷及问题的解决  58-59
  5.8 本章小结  59-61
第6章实验研究  61-71
  6.1 引言  61
  6.2 实验准备  61-64
    6.2.1 实验材料  61-63
    6.2.2 实验设备  63
    6.2.3 工具  63-64
    6.2.4 润滑和冷却  64
  6.3 工艺参数  64-65
  6.4 实验结果  65-67
  6.5 冷变形对不锈钢显微组织的影响  67-69
    6.5.1 金相显微组织  67-68
    6.5.2 扫描电镜形貌观察  68
    6.5.3 XRD 物相分析  68-69
  6.6 本章小结  69-71
结论  71-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  78-79
致谢  79-80

302不锈钢管件三辊冷轧工艺研究

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