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三辊楔横轧轴类件成形机理数值模拟及实验研究

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三辊楔横轧轴类件成形机理数值模拟及实验研究

作者：汪飞雪燕山大学

学位级别：硕士

由于楔横轧技术属于多学科交叉问题,对新产品设计由于尚未形成系统的理论科学,反复试制所造成的时间和费用消耗巨大。所以,开展零件精确轧制成形机理仿真研究,解决零件成形过程影响产品质量的关键问题,对建立零件轧制系统科学理论具有... 详细信息

由于楔横轧技术属于多学科交叉问题,对新产品设计由于尚未形成系统的理论科学,反复试制所造成的时间和费用消耗巨大。所以,开展零件精确轧制成形机理仿真研究,解决零件成形过程影响产品质量的关键问题,对建立零件轧制系统科学理论具有重要意义。本文通过 DEFORM 有限元软件理论建模,对三辊楔横轧整个轧制过程进行了模拟计算。利用正交试验法,对各种轧制力能影响因素进行了全面系统地深入研究。它对轧机的能力衡量、刚度设计、工艺优化等方面都具有重要的实际应用价值。论文在前人研究的基础上,对三辊楔横轧轧件心部点的各种应力应变曲线进行全程跟踪,得出交变的剪应力和剪应变是轧件发生环状疏松的主要原因。由于楔横轧过程心部裂纹缺陷控制存在一定困难,同时,轴类件心部淬不透现象会降低其使用寿命,所以,直接应用厚壁管加工空心管轴将是解决楔横轧心部缺陷控制问题的重要方法。为此,本文建立了三辊楔横轧轧制空心轴类零件的有限元模型。研究了空心轴类件成形的各种应力场分布,为认识和解决空心轴类零件成形规律提供了理论基础。为了解决空心轴类零件成形过程中出现的壁厚不均以及旋转成形条件不好的问题。本文对带芯棒三辊楔横轧轧制过程进行研究,并与空心轴类零件轧制过程进行比较。通过各种力场分布规律,以及应力应变曲线分析,证明带芯棒轧制对轧件质量更为有利。本文利用 DS200 三辊楔横轧机进行实际热轧,分析轧件塑性成形规律及轧制力能参数,并与所建有限元模型计算结果进行对比,两者基本吻合。本文还对三辊楔横轧轧件环状疏松进行了试验研究。

关键词：三辊楔横轧刚塑性有限元法空心件芯棒心部疏松

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三辊楔横轧的同步轧制技术

三辊楔横轧的同步轧制技术

作者：徐江江燕山大学

学位级别：硕士

楔横轧轴类零件技术是轧制学科与锻造学科交叉范畴的塑性成形新技术。该技术具有效率高、节材、成本低等优点而广泛应用于铁路车辆车轴、拖拉机轴等大、中、小型阶梯轴类关键零件的加工制造。本文在分析楔横轧轧制原理的基础上,重... 详细信息

楔横轧轴类零件技术是轧制学科与锻造学科交叉范畴的塑性成形新技术。该技术具有效率高、节材、成本低等优点而广泛应用于铁路车辆车轴、拖拉机轴等大、中、小型阶梯轴类关键零件的加工制造。本文在分析楔横轧轧制原理的基础上,重点研究了三辊楔横轧轧制技术,开发了细长异型截面阶梯轴的非对称零件的对称轧制方法,完成了模具设计,模拟了轧件变形过程中的金属流动规律,计算了轧制力及轧制力矩,为特殊零件的三辊楔横轧提供了理论依据。本论文的主要研究内容包括: 在三辊楔横轧过程中,轧件处于较为有利的应力状态,可以获得高内部质量产品,但轧辊直径受严格的几何关系的限制,而且本课题研究的是细长异型截面阶梯轴的非对称零件,因此在模具和孔型设计时都遇到非常大的困难。本论文通过对阶梯轴零件的分析创新出一种适合轧制细长阶梯轴类零件的布楔方式,该方式最大限度的缩短了变形楔的长度,在几何关系限制的轧辊直径内完成了轧制过程并保证了最后成品的质量。三辊楔横轧的辊面长度有限,如何缩短进出料段长度,保证辊面的有效利用,是轧制阶梯轴能否实现的关键之一。本文采用切槽侧进侧出方式巧妙地解决了轧制长件的进、出料困难这一难题,使长轴轧制成为可能。另外,本文在前人的基础上对切槽侧进侧出方式进行了改进,将进出、料段中心角减小了近10°,缩短进、出料段长度,从而增大辊面有效长度,一定程度上减小了辊面长度对三辊楔横轧制过程的限制。本文利用Pro/E软件建立三维模型,并用有限元软件DEFORM,根据轧机研究所DS200三辊楔横轧机的轧制参数,模拟了三辊楔横轧的轧制过程,并对轧件变形过程中的金属流动规律、轧制力及轧制力矩进行了分析,其模拟结果与课题要求基本一致,满足了课题需求。

关键词：三辊楔横轧弹塑性有限元法成形角展宽角断面收缩率变形楔进出料口

锥形细长阶梯轴的三辊楔横轧楔形设计及模拟分析

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锻压技术 2014年第6期39卷 65-70页

作者：李灵凤刘才溢刘志亮贾占江燕山大学继续教育学院河北秦皇岛066004 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

为了解决锥形细长阶梯轴车削加工困难的问题,针对可拆卸穿墙螺栓锥形细长阶梯轴类零件的三辊楔横轧成形工艺进行分析研究。通过轴向轧制力理论计算和有限元模拟分析,得到了三辊楔横轧轧机在轧制非对称轴时的各楔起楔位置,并给出了适合... 详细信息

为了解决锥形细长阶梯轴车削加工困难的问题,针对可拆卸穿墙螺栓锥形细长阶梯轴类零件的三辊楔横轧成形工艺进行分析研究。通过轴向轧制力理论计算和有限元模拟分析,得到了三辊楔横轧轧机在轧制非对称轴时的各楔起楔位置,并给出了适合的展宽角β、楔数和坯料尺寸。分析了轧件在三辊楔横轧轧制工况下的非对称轴轧制成形过程中各阶段的应力场和应变场分布状况,以及轧件内部的材料流动速度场和位移场。得到了轧件各特征点的应力应变在整个轧制过程中随时间的连续变化规律。

关键词：锥形细长阶梯轴三辊楔横轧楔形设计

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基于三辊楔横轧成形的合理不均匀温度场应用研究

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锻压技术 2011年第6期36卷 42-46页

作者：仇平谢红飙王健吕知清肖宏燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

借鉴锻压领域的中心压实法,研究采用不均匀温度场方法改善楔横轧件芯部质量。为获取最佳改善楔横轧件心部质量的合理不均匀温度场,本文利用有限元技术,研究了相关热力学参数对不均匀温度场的影响规律,并结合冷却实验,得到合理不均匀温... 详细信息

借鉴锻压领域的中心压实法,研究采用不均匀温度场方法改善楔横轧件芯部质量。为获取最佳改善楔横轧件心部质量的合理不均匀温度场,本文利用有限元技术,研究了相关热力学参数对不均匀温度场的影响规律,并结合冷却实验,得到合理不均匀温度场温度梯度曲线。通过力学分析和楔横轧实验验证,研究了获取合理不均匀温度场实际工作方法。

关键词：三辊楔横轧合理不均匀温度场水冷有限元

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锥形细长轴三辊楔横轧模具设计与仿真研究

机械设计与制造 2014年第4期 242-245页

作者：李边境贾占江刘志亮王英杰燕山大学继续教育学院河北秦皇岛066004 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 上海宝钢技术中心上海210900

某新型可拆卸穿墙螺杆是一种锥形细长轴类零件,针对此类零件采用车削生产效率低且浪费材料的问题,研究了采用三辊楔横轧生产的可行性。利用刚塑性有限元软件DEFORM对锥形细长轴三辊楔横轧制过程进行了模拟。分析了组合轴在轧制过程中的... 详细信息

某新型可拆卸穿墙螺杆是一种锥形细长轴类零件,针对此类零件采用车削生产效率低且浪费材料的问题,研究了采用三辊楔横轧生产的可行性。利用刚塑性有限元软件DEFORM对锥形细长轴三辊楔横轧制过程进行了模拟。分析了组合轴在轧制过程中的应力场、应变场、速度场和位移场。研究了展宽角、成形角以及轧件直径对轧制力能参数的影响规律,结果表明楔数和坯料直径影响较大。在楔数一定的情况下,毛坯直径是主要因素,展宽角次之,成形角对力能参数的影响最小。

关键词：锥形细长轴三辊楔横轧 DEFORM 数值模拟

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三辊楔横轧力能参数

锻压技术 1986年第2期 7-13页

作者：栾瑰馥郭长武郑国录

本文研究三辊楔横轧力能参数的计算方法、变化规律和各种因素的影响。给出接触面积、变形程度和变形速度计算式;对实验数据采用回归方法确定了应力状态系数方程。

关键词：三辊楔横轧变形楔力能参数

非调质钢空心件三辊楔横轧成形过程有限元研究

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非调质钢空心件三辊楔横轧成形过程有限元研究

作者：王伟燕山大学

学位级别：硕士

空心轴类件楔横轧工艺作为一种正处于上升阶段的新兴工艺,其应用领域在不断地发展扩大。为了节约能源、降低制造成本,近年来空心阶梯轴类零件的楔横轧成形正引起人们的注意,并得到一定的应用。与实心件相比,楔横轧空心件的最大的特点之... 详细信息

空心轴类件楔横轧工艺作为一种正处于上升阶段的新兴工艺,其应用领域在不断地发展扩大。为了节约能源、降低制造成本,近年来空心阶梯轴类零件的楔横轧成形正引起人们的注意,并得到一定的应用。与实心件相比,楔横轧空心件的最大的特点之一就是轧制前后轧件的壁厚、孔型会发生变化,壁厚是空心零件的一个重要设计参数,因而认识并掌握轧件壁厚变化规律,控制孔型,对于先进的楔横轧工艺用于空心阶梯轴类零件有着十分重要的意义,本课题采用了不需要调质热处理的微合金非调质钢40MnV。用DEFORM-3D有限元软件模拟了三辊楔横轧整个轧制过程,分析了不同的工况下壁厚和孔型的变化,分析了轧件空心轧制时在不同时期应力、应变和速度的变化。由于空心轴类零件在空心轧制时,内孔表面属于自由表面,所以成形过程出现壁厚不均匀,以及旋转不易,轧制失稳等问题,为此提出三辊楔横轧等内径带芯棒轧制。通过带芯棒轧制获得的空心件内径保持不变且表面光滑规则,分析了带芯棒轧制时轧件在不同时期应力、应变和速度的变化。本文利用神经网络对不同工况下的轧件内径的关键点进行训练,得到任意工况下轧件内径的变化趋势,最后在VB环境中编程开发空心轧件轧后内径预测专用软件。该软件集成了用MATLAB中的BP网络来实现的神经网络,能预测不同的工况下轧件轧后内径的变化,而且能绘制出内径的变化曲线,这对三辊楔横轧空心件的研究具有十分重要的意义,使其能够更好地应用于实际生产、指导生产有很重要的现实意义。本文在DS200三辊楔横轧机上对空心件的孔型、轧件轧制前后的壁厚进行了实验研究。测试了轧制力;观察了轧件在整个轧制过程中形状的变化;获得了轧后试件的孔型、壁厚等实测值。并与所建有限元模型计算结果进行对比,两者基本吻合。

关键词：三辊楔横轧非调质钢空心件有限元模拟神经网络

非调质钢空心轴三辊楔横轧热成形后冷却相变研究

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非调质钢空心轴三辊楔横轧热成形后冷却相变研究

作者：刘晓东燕山大学

学位级别：硕士

本文利用Formast-F膨胀仪、Gleeble 3500型热模拟试验机、光学金相以及透射电镜等试验方法,研究了F40MnV非调质钢热成形后相变过程组织变化以及微合金元素钒的作用,并利用DS200三辊楔横轧机进行了空心轴楔横轧热成形试验。根据热压缩试... 详细信息

本文利用Formast-F膨胀仪、Gleeble 3500型热模拟试验机、光学金相以及透射电镜等试验方法,研究了F40MnV非调质钢热成形后相变过程组织变化以及微合金元素钒的作用,并利用DS200三辊楔横轧机进行了空心轴楔横轧热成形试验。根据热压缩试验建立的等温转变模型,开发了热成形后组织预测程序。根据热压缩试验得出了F40MnV钢热成形后冷却相变过程中的转变规律,主要有:再结晶奥氏体等温转变曲线;奥氏体区两种冷却速度条件下再结晶奥氏体连续冷却转变曲线。在连续冷却条件下,相变温度主要取决于相变前奥氏体的晶粒直径,晶粒直径越小,相变温度越高;奥氏体中存在的V(C,N)促进了奥氏体到铁素体的转变,并且随着相变区冷却速度的减小促进相变效果增加;在相变前奥氏体完全再结晶的情况下,Z参数值越大或相变前奥氏体区的冷却速度越大,相变前奥氏体晶粒直径越小,先共析铁素体和珠光体的转变温度越高,生成先共析铁素体的数量越多,相变产物的硬度越高;V(C,N)在铁素体基体和位错线上呈弥散状析出,在相变前奥氏体部分再结晶的条件下,位错亚结构明显促进了V(C,N)析出。在相同轧制工艺参数条件下,比较了三辊楔横轧空心轴试件与热模拟试样在空冷与淬火(水冷)两种冷却条件下的低温相组成,二者基本一致。开发的热成形后组织预测程序,可根据不同轧制工艺参数与冷却速度预测相变生成组织以及各组织的体积百分含量。

关键词：三辊楔横轧组织相变动力学非调质钢微合金元素

非调质钢三辊楔横轧控轧控冷及仿真系统的研究

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非调质钢三辊楔横轧控轧控冷及仿真系统的研究

作者：彭进燕山大学

学位级别：硕士

楔横轧技术生产轴类工件终轧温度高,轧后直接淬火往往组织较粗大,塑性、韧性不佳,因此大都需要轧后空冷再重新加热淬火和高温回火来保证零件的使用性能。将具有“绿色钢材”之称的非调质钢用于三辊楔横轧生产,不仅节省了热处理及相关工... 详细信息

楔横轧技术生产轴类工件终轧温度高,轧后直接淬火往往组织较粗大,塑性、韧性不佳,因此大都需要轧后空冷再重新加热淬火和高温回火来保证零件的使用性能。将具有“绿色钢材”之称的非调质钢用于三辊楔横轧生产,不仅节省了热处理及相关工序的材料消耗,而且减少了污染,缩短了生产周期,提高了劳动生产率,具有很好的经济和社会效益。本文以F40MnV钢为研究对象对非调质钢空心轴的控轧控冷工艺进行模拟仿真,并结合实际控轧控冷实验验证了有限元仿真结果的正确性。本文首先用DEFORM-3D有限元软件模拟了三辊楔横轧轧制工件的完整的轧制过程,分析了轧制成形过程中温度的分布规律。并对三辊楔横轧轧件轧后冷却的温度场和组织场进行了数值模拟,得到了轧件在不同冷却方式下的温度、组织转变的变化规律。其次采用连有热电偶的F40MnV工件在DS200三辊楔横轧机进行实际轧制,利用正交试验法安排控轧控冷试验,通过控制初轧温度、终轧温度、断面收缩率和冷却方式(水冷、风冷、空冷、水冷和空冷)实现轧件的控轧控冷。通过不同的冷却方式,得到轧件的冷却曲线,并与有限元控制冷却模拟模型计算结果进行对比,两者基本吻合。并通过拉伸试验、硬度测定实验得到各个工件的力学性能数据,利用正交试验法的科学分析得出最佳的控轧控冷工艺。并与调质45号钢的力学性能做对比,验证F40MnV钢的优越性。对轧件进行金相观察,观察不同冷却方式下得到的组织。并与三辊楔横轧轧制空心轴类零件的冷却相变有限元模型计算结果进行对比,两者基本吻合。最后使用Visual Basic 6.0为开发工具,主要针对非调质钢40MnV进行三辊楔横轧仿真系统软件的开发,本系统将控制轧制和控制冷却模型内嵌到DEFORM有限元软件中,实现了40MnV钢的控制轧制和控制冷却。

关键词：三辊楔横轧非调质钢控轧控冷空心件有限元