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弧面条层法及其在环件热轧成形过程中的应用

作　者: 王朋
导　师: 刘宏民
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 环件轧制异步轧制弧面条层法最小能量法 DEFORM
分类号: TG335.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

环件轧制技术是一种生产无缝环件的特种加工工艺,它是通过局部连轧,将小直径厚截面的毛坯逐渐辗扩成大直径薄截面的环件,具有省力、节能、节材、生产率高、尺寸精度高、环件内部质量好、材料利用率高等优点,是锻造或其他制造技术所不可替代的。环件轧制过程具有平板轧制、异步轧制、多道次轧制及这些轧制的耦合性质,使得分析其变形过程非常困难。本文将对热轧厚板分析良好的条元分层法应用于大型环件热轧成形过程中,建立了完整的数学模型,形成了模拟大型环件热轧成形的新的理论方法——弧面条层法。本文在条元分层法的基础上,针对环件成形的特点,在厚度方向上建立了厚向位移模型,并针对环件轧制过程中存在的异步区的问题,推导了异步轧制时的摩擦力和轧制力的计算公式。按照条元分层法的思想推导出变形区金属的流动速度和应变速度、三向应力和前后张应力,然后求出总能量的表达式,利用最小能量法优化求解,进而得到变形区轧制压力、单位轧制压力、金属横向位移和应变的分布规律。为了验证计算模型的准确性,本文还利用DEFORM软件对环件热轧成形过程进行了仿真分析。通过将弧面条层法的计算结果和仿真分析结果进行比对,证明了该模型计算结果准确,可以用于工程计算。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 异步轧制概况  10-13
    1.1.1 异步轧制的特点  10-11
    1.1.2 异步轧制技术的研究现状  11-13
  1.2 条元法的概况  13-15
    1.2.1 条元法的研究现状  13-14
    1.2.2 条元法取得的成就及其存在的问题  14-15
  1.3 环件轧制概况  15-19
    1.3.1 环件轧制的分类  15-17
    1.3.2 环件轧制的研究现状  17-19
  1.4 本文研究的内容和意义  19-20
    1.4.1 本文研究的内容  19
    1.4.2 本文研究的意义  19-20
第2章环件轧制的有限元模拟  20-33
  2.1 有限元建模方法及分析过程  20-22
    2.1.1 有限元建模方法的选择  20-21
    2.1.2 有限元方法的分析过程  21-22
  2.2 DEFORM 软件简介  22-24
  2.3 环件轧制的有限元模拟分析  24-31
    2.3.1 几何模型的建立及加载  24-25
    2.3.2 有限元模拟结果分析  25-31
  2.4 本章小结  31-33
第3章模拟大型环件轧制过程的弧面条层法  33-56
  3.1 条层分割模型  33-36
    3.1.1 基本假设  33
    3.1.2 条层的分割及映射  33-36
  3.2 横向位移模型的建立  36-40
  3.3 厚向位移模型的建立  40-41
  3.4 变形区金属流动速度及应变速度  41-45
    3.4.1 变形区金属的流动速度  41-42
    3.4.2 金属相对辊面的滑动速度  42-44
    3.4.3 金属的应变速度及剪应变速度  44-45
  3.5 变形区金属接触表面摩擦力  45-46
  3.6 三向应力的确定  46-47
  3.7 单位轧制压力  47-49
    3.7.1 纵向平衡微分方程  47
    3.7.2 单位轧制压力的确定  47-49
  3.8 前后张应力  49-50
    3.8.1 前张应力的确定  49
    3.8.2 后张应力的确定  49-50
  3.9 几个参数的确定  50-51
    3.9.1 变形抗力  50
    3.9.2 变形区长度  50
    3.9.3 轧材厚度  50-51
  3.10 出口横向位移和出口厚向位移的确定  51-53
    3.10.1 轧制时的功率泛函  51-53
    3.10.2 优化求解出口横向位移函数和厚向位移函数  53
  3.11 弧面条层法的计算步骤  53-54
  3.12 本章小结  54-56
第4章弧面条层法对环件三维变形的仿真  56-62
  4.1 环件轧制的基本参数  56
  4.2 仿真结果分析  56-59
    4.2.1 金属横向流动量分析  57-58
    4.2.2 塑性应变计算结果分析  58
    4.2.3 单位轧制压力结果分析  58-59
  4.3 不同压下率下各参数的计算结果分析  59-61
    4.3.1 不同压下率下的金属横向流动量分析  59-60
    4.3.2 不同压下率下的单位轧制压力分析  60-61
  4.4 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
作者简介  69

弧面条层法及其在环件热轧成形过程中的应用

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