本文選題：閉模異形環(huán)件軋制 + 芯輥進(jìn)給策略　； 參考：《山東大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：驅(qū)動(dòng)輥?lái)敳亢偷撞烤哂虚]合模具結(jié)構(gòu)的異形環(huán)件熱軋制過(guò)程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為閉模異形環(huán)件熱軋制過(guò)程)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)輥繞自身固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)及芯輥向驅(qū)動(dòng)輥的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使環(huán)件壁厚減薄、直徑擴(kuò)大的先進(jìn)塑性成形工藝,它具有節(jié)能、節(jié)材、高效和低噪音等優(yōu)點(diǎn),所生產(chǎn)的環(huán)件具有良好的綜合力學(xué)性能。因此,在航空航天、風(fēng)力發(fā)電、核電、礦山機(jī)械和造船等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與常見(jiàn)矩形截面環(huán)件軋制過(guò)程相比,閉模異形環(huán)件熱軋制過(guò)程中的金屬流動(dòng)規(guī)律更為復(fù)雜、材料變形特點(diǎn)差異較大,在實(shí)際異形環(huán)件軋制過(guò)程中,軋制過(guò)程不穩(wěn)定,軋制環(huán)件的尺寸精度低和微觀組織及力學(xué)性能控制難度大,軋制力較大,易導(dǎo)致模具損壞,這在一定程度上限制了閉模異形環(huán)件軋制工藝在工程中的應(yīng)用。要解決上述問(wèn)題必須研究和掌握軋制過(guò)程中金屬的流動(dòng)規(guī)律,選擇合理的芯輥進(jìn)給策略及軋輥運(yùn)動(dòng)控制方法,揭示成形參數(shù)對(duì)軋制過(guò)程的影響規(guī)律,研究軋制環(huán)件的微觀組織與宏觀力學(xué)性能間的內(nèi)在聯(lián)系。因此,迫切需要研究閉模異形環(huán)件熱軋制過(guò)程的數(shù)學(xué)建模方法、穩(wěn)定軋制環(huán)件的芯輥進(jìn)給策略、成形參數(shù)優(yōu)化選擇等問(wèn)題,揭示軋制過(guò)程中金屬的變形機(jī)理,這對(duì)于分析工藝與模具參數(shù)對(duì)軋制過(guò)程的影響規(guī)律、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的成形過(guò)程、優(yōu)化成形工藝和提高產(chǎn)品性能具有重要的理論指導(dǎo)意義。本文利用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,以典型的異形環(huán)件(內(nèi)L形和錐形環(huán)件)熱軋制過(guò)程為研究目標(biāo),分別建立了內(nèi)L形和錐形環(huán)件熱軋制過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,提出了能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)件外半徑恒速度長(zhǎng)大的芯輥進(jìn)給策略,推導(dǎo)了軋制過(guò)程中軋輥的運(yùn)動(dòng)控制方程,確定了軋制過(guò)程中環(huán)件的塑性鍛透條件和咬入條件,獲得了芯輥進(jìn)給速度的合理取值范圍。在此基礎(chǔ)上,分別建立了內(nèi)L形和錐形環(huán)件熱軋制過(guò)程的有限元數(shù)值模擬模型,分析獲得了內(nèi)L形和錐形環(huán)件的等效應(yīng)變及溫度隨軋制時(shí)間的變化規(guī)律,系統(tǒng)研究了初始環(huán)坯溫度、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速、芯輥進(jìn)給速度、驅(qū)動(dòng)輥半徑和芯輥半徑等工藝參數(shù)對(duì)軋制環(huán)件的等效應(yīng)變和溫度分布均勻性、平均軋制力和軋制力矩的影響規(guī)律。開(kāi)展了閉模內(nèi)L形環(huán)件熱軋制實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)室溫拉伸實(shí)驗(yàn)、低溫沖擊韌性實(shí)驗(yàn)、SEM及EBSD測(cè)試等方法,深入探索了所軋制的內(nèi)L形環(huán)件微觀組織結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系,對(duì)比了內(nèi)L形環(huán)件微觀組織變形的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果,驗(yàn)證了內(nèi)L形環(huán)件熱軋制過(guò)程的有限元模型的正確性,揭示了環(huán)件軋制過(guò)程中金屬的變形規(guī)律。本文的主要工作如下：(1)建立了閉模內(nèi)L形環(huán)件熱軋制過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定軋制過(guò)程的環(huán)件外半徑恒速度長(zhǎng)大的芯輥進(jìn)給策略,推導(dǎo)了軋制過(guò)程中軋輥運(yùn)動(dòng)的控制方程,確定了軋制過(guò)程中環(huán)件的塑性鍛透條件和咬入條件,得到了芯輥進(jìn)給速度的合理取值范圍�；谒⒌拈]模內(nèi)L形環(huán)件熱軋制過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,在ABAQUS軟件平臺(tái)行進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā),建立了閉模內(nèi)L形環(huán)件熱軋制過(guò)程的熱力耦合三維有限元數(shù)值模擬模型,并驗(yàn)證了該模型的可靠性,分析獲得了軋制環(huán)件的等效應(yīng)變及溫度分布規(guī)律、環(huán)件的應(yīng)力分布規(guī)律及軋制力和軋制力矩隨軋制時(shí)間的變化規(guī)律,為芯輥進(jìn)給速度的合理選擇提供了科學(xué)方法。(2)基于建立的閉模內(nèi)L形環(huán)件熱軋制過(guò)程熱力耦合三維有限元數(shù)值模擬模型,系統(tǒng)研究了環(huán)坯初始溫度、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速、芯輥進(jìn)給速度、驅(qū)動(dòng)輥半徑和芯輥半徑等成形參數(shù)對(duì)軋制環(huán)件的等效應(yīng)變和溫度分布均勻性、平均軋制力和平均軋制力矩的影響規(guī)律,揭示了成形參數(shù)對(duì)環(huán)件變形的影響機(jī)理,獲得了最優(yōu)的成形參數(shù)取值,為實(shí)際內(nèi)L形環(huán)件軋制成形工藝參數(shù)的選擇提供了理論指導(dǎo)。(3)采用室溫拉伸實(shí)驗(yàn)、低溫沖擊韌性實(shí)驗(yàn)、SEM斷口形貌分析、EBSD微觀組織分析等手段,實(shí)驗(yàn)研究并獲得了軋制環(huán)件的室溫強(qiáng)度和塑性性能、低溫沖擊性能,揭示了軋制環(huán)件的拉伸斷裂和低溫沖擊韌性斷裂機(jī)理,分別分析了鐓粗坯料與內(nèi)L形環(huán)件沿徑向、切向和軸向的晶粒尺寸大小、晶粒尺寸分布均勻性、晶粒取向差分布及織構(gòu)大小與分布規(guī)律,揭示了軋制環(huán)件的宏觀金屬變形流線、微觀組織及細(xì)觀織構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)系。(4)建立了閉模錐形環(huán)件熱軋制過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)件外半徑恒速度長(zhǎng)大的芯輥進(jìn)給策略,推導(dǎo)了軋制過(guò)程中軋輥運(yùn)動(dòng)的控制方程,建立了軋制過(guò)程中錐形環(huán)件的塑性鍛透條件和咬入條件,推導(dǎo)了芯輥進(jìn)給速度的合理取值范圍。基于所建立的閉模錐形環(huán)件熱軋制過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,在ABAQUS軟件平臺(tái)上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā),建立了閉模錐形環(huán)件熱軋制過(guò)程的熱力耦合三維有限元數(shù)值模擬模型,分析獲得了軋制環(huán)件的等效應(yīng)變及溫度分布規(guī)律、軋制力和軋制力矩隨軋制時(shí)間的變化規(guī)律,研究表明,所建立的閉模錐形環(huán)件熱軋制過(guò)程的數(shù)學(xué)模型可實(shí)現(xiàn)錐形環(huán)件的穩(wěn)定軋制模擬,研究結(jié)果對(duì)于為實(shí)際閉模錐形環(huán)件熱軋制過(guò)程工藝參數(shù)的選擇具有理論指導(dǎo)意義。(5)基于建立的閉模錐形環(huán)件熱軋制過(guò)程的熱力耦合三維有限元數(shù)值模擬模型,系統(tǒng)研究了質(zhì)量縮放因子、時(shí)間縮放因子和重劃分網(wǎng)格次數(shù)等模擬參數(shù)對(duì)模擬時(shí)間和軋制環(huán)件體積損失的影響規(guī)律,分析了芯輥進(jìn)給速度、驅(qū)動(dòng)輥半徑及芯輥半徑分別對(duì)軋制環(huán)件等效應(yīng)變和溫度分布均勻性、平均軋制力和平均軋制力矩的影響規(guī)律,揭示了錐形環(huán)件軋制過(guò)程中金屬的變形機(jī)理,獲得了優(yōu)化的模擬參數(shù)和成形參數(shù)取值。
[Abstract]:This paper presents a mathematical model for the hot rolling process of closed - die special - shaped ring parts , which has the advantages of energy saving , material saving , high efficiency and low noise . The internal relations between the microstructure and the macroscopic mechanical properties of the inner L - ring are investigated in depth . The mathematical model of the hot rolling process of the inner L - ring is studied . ( 4 ) The mathematical model of the hot rolling process of the closed - die conical ring is established , the control equation of the roll motion in the rolling process is deduced . The mathematical model of the heat - rolling process of the closed - die conical ring part is established , and the influence law of the rolling force and the rolling moment on the volume loss of the rolling ring is deduced .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG335.19

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1735155