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无缝钢管扩径机轧辊的研究与参数化设计

作　者: 侍毅
导　师: 吴洪涛
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 无缝钢管扩径机轧制力仿真 CATIA LS-DYNA
分类号: TG333.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着经济的发展,大口径无缝钢管将在石油、造船、航天等领域的需求量将大大增加。大口径无缝钢管的质量与关键生产设备——扩径机密切相关。本论文以江苏诚德钢管有限公司申请的无缝钢管扩径机的专利为工程对象。本论文的主要研究内容如下:第一章为绪论,主要介绍无缝钢管以及扩径机的发展现状,最后介绍了本课题的研究背景和主要工作。第二章为无缝钢管扩径生产线的总体规划,主要介绍扩径机生产线的工艺流程和设备组成。第三章为无缝钢管扩径机的工具设计,首先介绍轧制工具设计基本原理,然后运用空间啮合的基本原理,通过坐标变换建立轧辊辊形的数学模型,运用Visual Basic平台对CATIA进行二次开发,使得轧辊辊形的设计能够快速化、参数化,较以往的传统设计更加快速、准确。最后简要介绍轧辊、顶头在制造中的选材、加工工艺。第四章为无缝钢管扩径机的力学分析,通过传统的公式法确定轧辊与钢管的接触面积和单位表面的压力。然后对一个算例(第四章的轧辊)进行计算,以便对第五章的仿真进行验证。第五章为利用ANSYS/LS-DYNA进行模拟分析,通过导入第三章创建的三维模型,运用ANSYS/LS-DYNA软件对无缝钢管扩径过程进行仿真,分析得到轧制力。然后与第四章的计算结果进行对比,验证结果的正确性。从而验证参数模型设计的准确性。第六章为总结与展望,本章简要说明本论文所完成的工作,并展望了今后要进一步完善的地方。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-17
  1.1 无缝钢管生产现状  11-12
  1.2 无缝钢管加工的方法和工艺过程  12-14
  1.3 无缝钢管扩径机的发展与现状  14-15
  1.4 本课题的选题背景以及主要研究内容  15-17
    1.4.1 本论文的选题背景  15-16
    1.4.2 本论文的主要研究内容  16-17
第二章无缝钢管扩径生产线的规划  17-31
  2.1 无缝钢管生产流程  17
  2.2 扩径过程工艺分析  17-20
    2.2.1 扩径原理  17-18
    2.2.2 扩径过程分析  18-19
    2.2.3 扩径过程易出现的问题  19-20
  2.3 无缝钢管扩径机系统整体设计  20-22
  2.4 无缝钢管扩径机系统区设计  22-25
    2.4.1 无缝钢管扩径机扩径区设备组成  22-23
    2.4.2 无缝钢管扩径机扩径区工作过程分析  23-25
  2.5 无缝钢管扩径机给顶杆区设计  25-27
  2.6 无缝钢管扩径机链输送区设计  27-28
  2.7 无缝钢管扩径机脱棒区设计  28-30
  2.8 本章小结  30-31
第三章无缝钢管扩径工具的设计  31-46
  3.1 扩径机工具设计概况  31-32
  3.2 面积减缩比不变原理  32-33
  3.3 减壁原理  33-34
  3.4 减少不均匀变形的CRHS 设计原理  34-35
  3.5 平均应变速率为常数原理  35
  3.6 斜轧扩径机轧辊辊形设计与制造  35-44
    3.6.1 轧辊的形状  36-37
    3.6.2 坐标变换  37-40
    3.6.3 用VB 创建CATIA 应用程序  40-42
    3.6.4 扩径机轧辊材质与热处理  42-44
  3.7 斜轧扩径机顶头设计与制造  44-45
  3.8 本章小结  45-46
第四章无缝钢管扩径机的力学分析  46-57
  4.1 扩径时金属与轧辊接触面积的确定  46-51
  4.2 扩径时的金属变形和应力状态  51-53
  4.3 扩径时的力学计算  53-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章利用ANSYS/LS-DYNA 进行模拟分析  57-70
  5.1 ANSYS/LS-DYNA 显式动力学有限元软件的特点  57-58
  5.2 有限元模型的建立  58-64
    5.2.1 模型的简化和材料参数  58-59
    5.2.2 材料模型分析  59
    5.2.3 网格的划分以及算法  59-61
    5.2.4 接触的定义  61-62
    5.2.5 约束、载荷的处理  62-63
    5.2.6 求解过程的控制  63-64
  5.3 无缝钢管扩径机有限元数值模拟的结果分析  64-69
    5.3.1 扩径无缝钢管截面的变形特点  64-65
    5.3.2 轧制力的变化规律分析  65-68
    5.3.3 应变场的变化规律分析  68-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章总结与展望  70-71
  6.1 总结  70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75-76
附录  76-82

无缝钢管扩径机轧辊的研究与参数化设计

内容摘要

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