本文關(guān)鍵詞：鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)的宏微觀耦合數(shù)值模擬研究

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【摘要】：熱輾擴(kuò)是借助輾環(huán)機(jī)使環(huán)件產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形,從而使壁厚減小、直徑變大、截面輪廓成形的一種塑性加工工藝。它在機(jī)械、能源、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,用于生產(chǎn)制造各種尺寸和截面形狀的無縫環(huán)件。與環(huán)件其它生產(chǎn)方法相比,它具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品范圍廣、材料利用率高、節(jié)約能源等技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn)。熱輾擴(kuò)工藝是一個(gè)受多因素影響的宏觀變形和微觀組織演變耦合的復(fù)雜成形過程。在成形過程中,除了使環(huán)件滿足尺寸要求外,還要控制環(huán)件的晶粒度,實(shí)現(xiàn)晶粒的細(xì)化,提高環(huán)件的綜合力學(xué)性能。目前在熱輾擴(kuò)宏微觀研究上已經(jīng)取得了很大進(jìn)展,但多數(shù)研究都是基于矩形截面環(huán)坯進(jìn)行的。然而,實(shí)際生產(chǎn)中獲得的環(huán)坯多具有鼓形特征,而對(duì)于鼓形環(huán)坯在熱輾擴(kuò)中的宏微觀變化研究甚少,尤其是涉及微觀組織變化,因此亟需對(duì)此進(jìn)行研究。本文以鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)的宏微觀變化為研究對(duì)象。首先分析了鼓形環(huán)坯的形成原因,針對(duì)鼓形環(huán)坯的幾何特征,提出了鼓形環(huán)坯的簡化思路。然后通過有限元模擬軟件Simufact11.0建立了熱輾擴(kuò)有限元模型�；谠撃Ｐ�,對(duì)鼓形環(huán)坯在熱輾擴(kuò)中的宏微觀變化進(jìn)行了模擬分析。模擬揭示了鼓形環(huán)坯在熱輾擴(kuò)過程中的宏觀成形規(guī)律,包括幾何外形、溫度、等效應(yīng)變、成形載荷,以及微觀組織演變規(guī)律,包括動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)和晶粒尺寸。同時(shí)采用單因素變量法深入探討了每轉(zhuǎn)進(jìn)給量、環(huán)坯初始溫度、軋輥半徑比、主輥轉(zhuǎn)速四個(gè)工藝參數(shù)對(duì)環(huán)件微觀組織的影響,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn),得出四因素對(duì)微觀組織的影響效應(yīng)大小:每轉(zhuǎn)進(jìn)給量主輥轉(zhuǎn)速軋輥半徑比環(huán)坯初始溫度。最后,結(jié)合宏微觀模擬分析和正交試驗(yàn)結(jié)果對(duì)鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證。本文在有限元數(shù)值模擬仿真的基礎(chǔ)上,結(jié)合環(huán)件熱輾擴(kuò)基礎(chǔ)理論,模擬分析了鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)的宏觀成形規(guī)律和微觀組織演變規(guī)律,并深入探討了軋制工藝參數(shù)對(duì)微觀組織的影響。研究結(jié)果為實(shí)際生產(chǎn)中精確控制熱輾擴(kuò)成形過程、制定合理的工藝參數(shù)、優(yōu)化工藝方案提供了指導(dǎo),對(duì)于提高環(huán)件產(chǎn)品質(zhì)量有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：鼓形環(huán)坯 熱輾擴(kuò) 宏微觀耦合 數(shù)值模擬 微觀組織演變
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG306
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 引言12
• 1.2 熱輾擴(kuò)工藝成形概述12-16
• 1.2.1 熱輾擴(kuò)工藝的誕生及發(fā)展13-14
• 1.2.2 熱輾擴(kuò)工藝的分類14-15
• 1.2.3 熱輾擴(kuò)工藝優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景15-16
• 1.3 熱輾擴(kuò)工藝數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 熱輾擴(kuò)的宏觀研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 熱輾擴(kuò)的微觀研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.3 現(xiàn)階段研究中的主要問題18
• 1.4 本文選題背景和意義18-19
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容及方法19
• 1.6 本章小結(jié)19-21
• 第二章 熱輾擴(kuò)金屬成形理論基礎(chǔ)21-31
• 2.1 熱輾擴(kuò)咬入條件分析21-25
• 2.1.1 徑向咬入力學(xué)條件21-22
• 2.1.2 軸向咬入力學(xué)條件22-23
• 2.1.3 徑向最大每轉(zhuǎn)進(jìn)給量的確定23-24
• 2.1.4 軸向最大每轉(zhuǎn)進(jìn)給量的確定24
• 2.1.5 咬入條件改善措施24-25
• 2.2 熱輾擴(kuò)鍛透條件分析25-26
• 2.2.1 徑向鍛透的力學(xué)特征25
• 2.2.2 軸向鍛透的力學(xué)特征25-26
• 2.2.3 徑向最小每轉(zhuǎn)進(jìn)給量的確定26
• 2.2.4 軸向最小每轉(zhuǎn)進(jìn)給量的確定26
• 2.2.5 鍛透條件改善措施26
• 2.3 熱輾擴(kuò)剛度穩(wěn)定性條件分析26-29
• 2.3.1 剛度穩(wěn)定性的力學(xué)特征27-28
• 2.3.2 塑性失穩(wěn)及剛度條件模型28-29
• 2.3.3 剛度穩(wěn)定性條件改善措施29
• 2.4 熱輾擴(kuò)數(shù)值模擬剛粘塑性有限元理論基礎(chǔ)29-30
• 2.4.1 剛粘塑性材料的基本假設(shè)概述29
• 2.4.2 塑性力學(xué)基本方程與邊界條件29-30
• 2.4.3 剛粘塑性材料的變分原理30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 鼓形環(huán)坯的形成及有限元模型的建立31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 鼓形環(huán)坯的形成31-35
• 3.2.1 自由鍛鐓粗工藝概述32-33
• 3.2.2 鼓形環(huán)坯的產(chǎn)生33-34
• 3.2.3 鼓形環(huán)坯的幾何特征34
• 3.2.4 鼓形環(huán)坯的簡化34-35
• 3.3 熱輾擴(kuò)宏微觀有限元模型的建立35-40
• 3.3.1 Simufact軟件簡介35-36
• 3.3.2 幾何模型的建立36
• 3.3.3 材料模型的確立36-37
• 3.3.4 網(wǎng)格劃分37-38
• 3.3.5 邊界條件的處理38-39
• 3.3.6 數(shù)值模擬參數(shù)的確立39-40
• 3.4 熱輾擴(kuò)有限元模型的驗(yàn)證40-41
• 3.4.1 環(huán)件尺寸的驗(yàn)證40-41
• 3.4.2 環(huán)件溫度的驗(yàn)證41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第四章 鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)宏微觀變化模擬研究43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)宏觀變化規(guī)律43-48
• 4.2.1 幾何外形變化規(guī)律43-44
• 4.2.2 溫度變化規(guī)律44-45
• 4.2.3 等效應(yīng)變變化規(guī)律45-47
• 4.2.4 成形載荷變化規(guī)律47-48
• 4.3 鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)微觀組織分布及演變規(guī)律48-51
• 4.3.1 研究思路和計(jì)算條件48-49
• 4.3.2 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)的大小及分布規(guī)律49-50
• 4.3.3 晶粒尺寸大小及分布規(guī)律50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 第五章 工藝參數(shù)對(duì)鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)微觀組織的影響規(guī)律53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 工藝參數(shù)對(duì)微觀組織的影響規(guī)律53-58
• 5.2.1 主輥轉(zhuǎn)速對(duì)微觀組織的影響53-54
• 5.2.2 軋輥半徑比對(duì)微觀組織的影響54-56
• 5.2.3 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量對(duì)微觀組織的影響56-57
• 5.2.4 環(huán)坯初始溫度對(duì)微觀組織的影響57-58
• 5.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)58-61
• 5.3.1 正交試驗(yàn)簡述58-59
• 5.3.2 因素和水平的確定59
• 5.3.3 試驗(yàn)指標(biāo)的確定59-60
• 5.3.4 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 第六章 鼓形環(huán)坯熱輾擴(kuò)的實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證62-67
• 6.1 生產(chǎn)設(shè)備及參數(shù)62-63
• 6.2 生產(chǎn)驗(yàn)證用材料及參數(shù)63
• 6.3 生產(chǎn)過程驗(yàn)證63-65
• 6.4 微觀組織驗(yàn)證65
• 6.5 本章小結(jié)65-67
• 第七章 結(jié)論與展望67-70
• 7.1 完成的主要工作及結(jié)論67-68
• 7.2 展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 致謝73-74
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74

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