【摘要】：隨著鑄軋法的出現(xiàn)和不斷推廣,目前行星軋機(jī)已廣泛應(yīng)用于銅管加工行業(yè),但是成品管材的材料和尺寸規(guī)格仍受到限制,僅限于生產(chǎn)小直徑厚壁的TP2紫銅管,這主要是因為隨著軋制成品管徑的增大和壁厚的減小,行星軋制過程軋件可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的三角形效應(yīng)甚至管壁折疊和軋件擰結(jié)扭斷等問題。根據(jù)目前的市場需求,開發(fā)不同材料多規(guī)格的管材行星軋機(jī)已經(jīng)成為未來發(fā)展的目標(biāo),因此對行星軋機(jī)軋制管材過程中的金屬流動情況和軋件的失穩(wěn)情況進(jìn)行更深入的研究是極為重要的。本文對行星軋機(jī)的穩(wěn)定軋制過程進(jìn)行了有限元仿真分析,進(jìn)而研究了軋制工藝參數(shù)、摩擦系數(shù)以及新的軋輥結(jié)構(gòu)形式對行星軋制過程的影響；對行星軋機(jī)軋輥和軋件的空間位置關(guān)系進(jìn)行分析,并在此基礎(chǔ)上研究了行星軋制過程中的金屬流動情況和軋制力的相關(guān)計算；進(jìn)一步地,分別從軋件的切向彈塑性失穩(wěn)角度、軋件塑性鉸失穩(wěn)角度和軋制扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)角度研究了行星軋制過程中軋件的失穩(wěn)條件。本文的研究工作將為行星軋機(jī)的設(shè)計制造提供一定的理論幫助,主要工作內(nèi)容和研究成果如下：1)結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況和變形抗力實驗數(shù)據(jù),運用大型非線性有限元軟件ABAQUS建立起銅管三輥行星軋制過程的三維熱力耦合仿真模型,利用Explicit中的ALE功能解決了行星軋制仿真過程中存在的網(wǎng)格畸變而導(dǎo)致計算終止的這一瓶頸問題,實現(xiàn)了管坯從咬入到穩(wěn)定軋制的行星軋制全過程的有限元模擬分析。2)根據(jù)仿真結(jié)果對軋制過程中金屬的流動速度、軋件的溫度場分布和軋機(jī)的受力情況等進(jìn)行了詳細(xì)分析,得到了一系列規(guī)律。在仿真分析的基礎(chǔ)上分別研究了軋制工藝參數(shù)、軋輥不同區(qū)域摩擦狀況和軋輥的結(jié)構(gòu)形式對行星軋制過程的影響。這為進(jìn)一步研究行星軋制過程的軋制機(jī)理、力能參數(shù)計算和失穩(wěn)分析等提供了一定的理論參考依據(jù)。3)針對傳統(tǒng)的送進(jìn)角和輾軋角定義下的行星軋機(jī)軋輥和軋件的空間關(guān)系進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其在軋輥與軋件間接觸點的確定上存在問題。通過空間解析,找到了正確確定該接觸點位置的方法,從而對送進(jìn)角和輾軋角進(jìn)行修正定義,得到了軋件半徑、軋件斜角以及軋制速度等參數(shù)的計算公式,并通過軋件半徑等理論計算結(jié)果與有限元仿真結(jié)果的對比分析,驗證了該修正定義的正確性,為后續(xù)軋制力以及滑動系數(shù)的計算奠定了基礎(chǔ)。4)結(jié)合三輥行星軋機(jī)軋輥與軋件間的空間幾何關(guān)系,對三輥行星軋制過程中軋件微元體的受力情況進(jìn)行分析,得到了較為精準(zhǔn)的軋制壓力的計算方法。通過對軋制過程中的金屬流動情況和橫截面處金屬的受力情況進(jìn)行分析,獲得了軋制速度的計算公式,進(jìn)一步得到了行星軋制過程中的滑動系數(shù)以及力能參數(shù)等的理論計算方法,為金屬流動速度和軋制力能參數(shù)的計算提供了一種較為準(zhǔn)確簡便的適用于工程應(yīng)用的計算方法。5)通過調(diào)整行星軋機(jī)的自由距離和偏轉(zhuǎn)角,測試出了在不同的孔型尺寸、不同的材質(zhì)情況下的軋制出入口軸向速度和旋轉(zhuǎn)速度以及軋制成品的尺寸和螺距。對比測試結(jié)果和理論計算結(jié)果,驗證了理論推導(dǎo)的正確性。通過測量軋頭支撐環(huán)的變形來間接測試軋制力。經(jīng)測試得到穩(wěn)定軋制階段的軋制力與有限元仿真結(jié)果誤差較小,再一次驗證了金屬流動情況的理論計算方法的正確性。6)分別采用能量法、塑性鉸失穩(wěn)和彈塑性失穩(wěn)理論三種不同的分析方法對三輥行星軋制過程中的切向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)進(jìn)行分析,研究簡化處理后的軋件的彈塑性失穩(wěn),得到了在不同研究方法下的軋制失穩(wěn)條件。通過與現(xiàn)場實際的對比分析,采用彈塑性失穩(wěn)理論得到的行星軋制過程的穩(wěn)定軋制條件是較為符合實際情況的,可用于行星軋機(jī)軋制規(guī)程的制定。
[Abstract]:With the advent of casting and rolling , the planetary rolling mill has been widely used in the copper tube processing industry , but the material and size specifications of the finished products are still limited , which is only limited to the production of small diameter thick - walled tp2 copper tubes . According to the current market demand , the development of planetary rolling mills with different materials has become the goal of the future development .
Based on the analysis of the spatial position relationship between the planetary rolling mill roll and the rolling stock , the relative calculation of the metal flow and the rolling force in the rolling process of the planetary rolling mill is studied .
On the basis of the simulation analysis , the paper presents a method for calculating the rolling speed , the distribution of the temperature field and the stress of the rolling mill .
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG335.19

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本文編號：2125029