連續(xù)螺旋葉片是螺旋輸送設(shè)備和螺旋泵中的核心零件。螺旋葉片的錐輥異面輾軋成形工藝是目前應(yīng)用最廣泛的一種加工工藝,然而這種成形工藝較為復(fù)雜,軋制工藝參數(shù)調(diào)整一直是錐輥異面軋制成形工藝的難題。針對(duì)這一問(wèn)題,本文主要以連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制的理論為基礎(chǔ),對(duì)軋制過(guò)程進(jìn)行了有限元分析及摩擦磨損有限元分析,并基于性能分析結(jié)果對(duì)軋制工藝參數(shù)進(jìn)行建模與多目標(biāo)優(yōu)化。具體工作內(nèi)容與研究成果如下:(1)系統(tǒng)梳理了連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制的機(jī)理與成形規(guī)律。建立了螺徑與螺距的理論數(shù)學(xué)模型及左右錐輥在坐標(biāo)系中的輥面方程,詳細(xì)推導(dǎo)了連續(xù)螺旋葉片軋制成形所需要滿足的邊界約束條件。為后續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制有限元仿真以及工藝參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。(2)建立了連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制的三維模型與有限元模型,對(duì)連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制過(guò)程進(jìn)行了有限元仿真,并驗(yàn)證了其合理性;詳細(xì)討論了工藝參數(shù)(喂料高度、相對(duì)平動(dòng)量、軋輥壓力參量、摩擦系數(shù)、軋制速度)對(duì)螺徑與螺距的影響規(guī)律;分析了工藝參數(shù)對(duì)錐輥加載力、軋件損傷值、最大主應(yīng)力與最大主應(yīng)變的影響規(guī)律。這些為進(jìn)一步建立優(yōu)化模型奠定了基礎(chǔ)。(3)探討了錐輥磨損的機(jī)理及失效形式,提出提高錐輥使用壽命的預(yù)防措施;對(duì)軋制過(guò)程中錐輥磨損進(jìn)行了有限元仿真,有限元分析了錐輥摩擦磨損量規(guī)律,發(fā)現(xiàn)軋件材料硬度越高,錐輥的磨損越大;錐輥材料硬度越高,錐輥的磨損量越小,并預(yù)測(cè)出了錐輥的使用壽命。(4)針對(duì)錐輥異面連續(xù)螺旋葉片軋制工藝參數(shù)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化。采用中心組合設(shè)計(jì)(CCD)進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì),使用響應(yīng)面法(RSM)構(gòu)建了D、T、R、XLOAD、DAMAGE、MAXSTRESS和MAXSTRAIN與工藝參數(shù)(喂料高度H、相對(duì)平動(dòng)量S_2、軋輥壓力參量TT和軋制速度V)之間的數(shù)學(xué)模型方程;研究分析了工藝參數(shù)對(duì)螺旋葉片形態(tài)的交互式影響以及對(duì)螺旋葉片性能的交互式影響;并以錐輥的最大磨損深度與破壞量、D、T、R共同組成多目標(biāo),對(duì)軋制目標(biāo)D_0和T_0進(jìn)行優(yōu)化,得到一組最優(yōu)解。本文對(duì)螺旋葉片進(jìn)行錐輥異面軋制有限元模擬來(lái)代替實(shí)際軋制調(diào)試,并建立多目標(biāo)優(yōu)化模型與獲得最佳工藝參數(shù)組合,為錐輥異面軋制工藝參數(shù)快速調(diào)整提供了一種新方法,為錐輥異面軋制成形這一工藝廣泛應(yīng)用到實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG335
【部分圖文】：

學(xué)和物理學(xué)家阿基米德就已經(jīng)提出將螺旋原理應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中。于是，螺旋葉片開(kāi)始應(yīng)用在抽水和澆灌方面，后來(lái)就產(chǎn)生了螺旋泵。到了文藝復(fù)興時(shí)代，螺旋泵在歐洲開(kāi)始大規(guī)模使用，螺旋葉片作為其核心部件，也被廣泛普及[2]。第二次世界大戰(zhàn)后，螺旋葉片在抽水、澆灌方面得到廣泛應(yīng)用。目前，螺旋輸送機(jī)是在螺旋泵的原有架構(gòu)上進(jìn)行升級(jí)的設(shè)備，螺旋輸送機(jī)的主要功能集運(yùn)輸、傳遞、攪拌和碾碎于一體[3]。這種生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備在建筑企業(yè)、礦山企業(yè)應(yīng)用非常廣泛，例如：在礦山開(kāi)采中，運(yùn)送機(jī)的主要作用就是運(yùn)輸剛開(kāi)采出來(lái)的礦石，在食品工程中的主要功能就是碾碎硬度較小的物體。螺旋運(yùn)送機(jī)的性能特點(diǎn)與連續(xù)螺旋葉片緊密相連，不同形狀與不同轉(zhuǎn)速的葉片會(huì)產(chǎn)生不同的作用與效果，大扇形、轉(zhuǎn)速低的葉片主要適用于傳輸物質(zhì)，小扇形、強(qiáng)度大、轉(zhuǎn)速高的葉片主要適用于碾碎與混合物質(zhì)。所以，對(duì)連續(xù)螺旋葉片的制造工藝及其相關(guān)成形技術(shù)的研究十分必要。

學(xué)和物理學(xué)家阿基米德就已經(jīng)提出將螺旋原理應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中。于是，螺旋葉片開(kāi)始應(yīng)用在抽水和澆灌方面，后來(lái)就產(chǎn)生了螺旋泵。到了文藝復(fù)興時(shí)代，螺旋泵在歐洲開(kāi)始大規(guī)模使用，螺旋葉片作為其核心部件，也被廣泛普及[2]。第二次世界大戰(zhàn)后，螺旋葉片在抽水、澆灌方面得到廣泛應(yīng)用。目前，螺旋輸送機(jī)是在螺旋泵的原有架構(gòu)上進(jìn)行升級(jí)的設(shè)備，螺旋輸送機(jī)的主要功能集運(yùn)輸、傳遞、攪拌和碾碎于一體[3]。這種生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備在建筑企業(yè)、礦山企業(yè)應(yīng)用非常廣泛，例如：在礦山開(kāi)采中，運(yùn)送機(jī)的主要作用就是運(yùn)輸剛開(kāi)采出來(lái)的礦石，在食品工程中的主要功能就是碾碎硬度較小的物體。螺旋運(yùn)送機(jī)的性能特點(diǎn)與連續(xù)螺旋葉片緊密相連，不同形狀與不同轉(zhuǎn)速的葉片會(huì)產(chǎn)生不同的作用與效果，大扇形、轉(zhuǎn)速低的葉片主要適用于傳輸物質(zhì)，小扇形、強(qiáng)度大、轉(zhuǎn)速高的葉片主要適用于碾碎與混合物質(zhì)。所以，對(duì)連續(xù)螺旋葉片的制造工藝及其相關(guān)成形技術(shù)的研究十分必要。

程進(jìn)行有限元模擬仿真，分別討論分析喂料高度、相對(duì)平動(dòng)量、軋輥壓力參量摩擦系數(shù)和軋制速度對(duì)連續(xù)螺旋葉片螺徑和螺距的影響。分析連續(xù)螺旋葉片軋制工藝參數(shù)對(duì)錐輥加載力、軋件損傷值、最大主應(yīng)力和最大主應(yīng)變的影響。3）對(duì)連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制中錐輥摩擦磨損進(jìn)行研究。闡述錐輥磨損機(jī)理及失效形式，對(duì)錐輥使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，提出錐輥使用壽命的預(yù)防措施。建立錐輥磨損有限元仿真模型，分析材料硬度和錐輥硬度對(duì)摩擦磨損量的影響。4）針對(duì)錐輥異面連續(xù)螺旋葉片軋制工藝參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。采用中心組合設(shè)計(jì)(CCD)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì)，再使用響應(yīng)面法（RSM）構(gòu)建多目標(biāo)與藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型方程；分析工藝參數(shù)對(duì)螺旋葉片形態(tài)和葉片性能的交互式影響；以錐輥的最大磨損深度最小、軋件破壞量最小、min0D D、min0T T和mR共同組成多目標(biāo)，采用滿意度函數(shù)值針對(duì)軋制目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。如圖 1.4 所示，是連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制研究的技術(shù)路線：
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2843432