工艺参数对多楔轧制空心车轴晶粒尺寸的影响规律

空心车轴是高速列车的核心部件,其成形方法与质量直接决定着高铁装备的技术水平。采用多楔轧制空心车轴,建立了材料的微观组织模型,获得了多楔同步轧制空心车轴的热、力和微观组织相互耦合的有限元模型;通过对多楔同步轧制空心车轴的模拟,对轧制初始温度、成形角以及展宽角对晶粒平均尺寸的影响规律进行了系统研究,结果能保证轧件具有均匀细小的晶粒尺寸及良好的力学性能。     

工艺参数对闭开联合轧制件微观组织的影响研究

通过Deform-3D有限元软件建立了汽车油泵轴楔横轧轴向闭开联合轧制的热、力和微观组织相互耦合的有限元模型。分析了工艺参数对闭开联合轧件的平均晶粒尺寸的影响。结果表明,零件的平均晶粒尺寸随着整体断面收缩率的变化而变化;随着闭式断面收缩率占比的增加,先增大后减小;随着闭式轧制长度比的增加而减小。     

工艺参数对楔横轧厚壁空心轴不圆度的影响

采用有限元软件DEFORM-3D对楔横轧厚壁空心轴进行热力耦合数值模拟,得到了工艺参数对楔横轧厚壁空心轴不圆度的影响规律。结果表明,在成形角35°～45°、展宽角4°～7°、断面收缩率35%～65%、轧制温度900℃～1100℃时,轧件不圆度与成形角及断面收缩率的变化成反比,与展宽角及轧制温度变化成正比。采用H630楔横轧机进行轧制实验验证了有限元模型的正确性。模拟与实验结果证明,轧件横截面失圆是楔横轧成形厚壁空心轴类件常见的质量问题;变形区金属沿轴向的流动受到未变形金属的阻碍,是造成不圆度在轧件的对称面上最大并沿轴向逐渐减小的原因。研究结果为确定楔横轧厚壁空心轴的工艺参数提供了理论依据。     

GH4169异型材单轧槽轧制工艺

采用轧制工艺生产GH4169合金异型材,结合实验条件,基于有限元模拟软件建立了单轧槽少道次轧制过程的三维刚塑性有限元模型。采用异型坯作为坯料,分析了轧制过程中孔型充满度、变形温度、等效应变和等效应力的分布情况。模拟结果表明,采用Φ160 mm×200 mm轧机时,初轧温度为1070℃,断面收缩率为45%,单轧槽两道次轧制成形,孔型充满度良好,等效应变约为0.3~1.4。结合模拟结果,在轧机上进行了热轧实验,轧件厚度满足尺寸要求,宽度比成品小2 mm,没有发生晶粒细化。这主要是由于多火次、多次数轧制,使得加热引起的晶粒长大程度大于小变形量引起的晶粒细化程度,使得晶粒未细化,宽度不够。     

空心轴类件楔横轧仿真及壁厚变化规律

基于Deform-3D软件,建立了平楔楔横轧成形空心轴类件三维刚-塑性大变形热应力耦合有限元模型.通过模拟仿真与实验数据对比,验证了该模型的正确性,并在此模型基础上,应用楔横轧各工艺参数的正交试验,分析了空心坯料的成形性及壁厚的变化规律.结果表明:所轧空心轴类件的壁厚对比度与成形角、展宽角成正比,与断面收缩率成反比.研究结果对轧制空心阶梯轴的应用以及准确预测空心轴类件壁厚的变化具有指导意义和实用价值.     

楔横轧大断面收缩率一次楔成形轧件心部质量规律及原因

为确定楔横轧大断面收缩率一次楔成形工艺心部质量的加工界限,对大断面收缩率下轧件心部质量规律进行了深入探索。采用实轧实验方法得到轧件心部最大孔洞面积数据;对比常规断面收缩率下轧件心部最大缺陷尺寸数据,得到大断面收缩率一次楔成形轧件的心部质量规律;并利用有限元数值模拟方法对大断面收缩率与常规断面收缩率轧件心部应力、应变进行对比分析,找出规律的原因。所得规律为,大断面收缩率轧制轧件心部质量整体好于常规断面收缩率轧制,另揭示出其原因为,大断面收缩率轧制轧件金属瞬时轴向流动量大,杆部中心剩余金属少,可供缺陷发展的空间也较小;不利于轧件心部质量的应力应变作用的时间较短,与工艺时间相同时刻常规断面收缩率的应力应变最大值相差比例也较小,静水压力在整个轧制过程中有利于轧件心部质量。     

高颈法兰精密轧制成形微观组织演变研究

基于DEFORM有限元软件二次开发建立了40Cr钢本构关系,建立了高颈法兰封闭轧制成形的刚塑性有限元模型。进行了轧制过程中高颈法兰微观组织演变的研究,预测其成形过程中动态再结晶晶粒尺寸、体积分数和再结晶体积分数以及平均晶粒尺寸大小的变化情况,阐明了轧制工艺参数对微观组织细化的影响规律。结果表明:内外径部分在轧制中最先发生动态再结晶,最终轧制法兰的晶粒度可由119μm细化到11.368μm,这对产品性能的提高有重大影响。     

工艺参数对楔横轧GH4169合金轴类件力能参数的影响

利用DEFORM-3D有限元软件建立了其三维刚塑性有限元模型,通过仿真与实验相结合的方法,分析展宽角、成形角、断面收缩率对GH4169合金成形过程中力能参数的影响规律。结果表明在展宽段有:随着成形角的增大,径向力、横向力和轧制力矩均减小,轴向力略增大,但增大幅度不明显;随着展宽角的增大,径向力、横向力和轧制力矩均增大,轴向力减小;随着断面收缩率的增大,径向力、横向力和轧制力矩先增大后减小,轴向力增大。采用无量纲影响因子法,综合分析获得了工艺参数对力能参数影响的主次顺序。在此基础上,进行了1∶1楔横轧GH4169合金实验,得到轧制力矩与数值模拟结果相对误差在10%以内。研究结果为GH4169合金轴类件楔横轧成形合理选取工艺参数和轧机设计力能参数确定提供参考。     

模具参数对楔横轧铝合金轧件内部空洞的影响(英文)

通过分析楔横轧内部空洞(疏松)缺陷的物理性质和形成特征,将内部空洞视为多孔材料,利用多孔材料的刚塑性有限元方法,建立7075铝合金坯料内部空洞缺陷的数值模型。采用相对密度研究成形角、展宽角、断面收缩率对内部空洞缺陷的影响规律。结果显示:内部空洞的扩展主要发生在展宽段,楔入段对它的影响很小。展宽角是影响内部空洞产生的主要因素,而断面收缩率的影响较小。成形角、展宽角、断面收缩率越大,越不易发生内部空洞缺陷。在模具设计时,为了防止铝合金坯料轧制后产生内部空洞缺陷,断面收缩率应选择在55%～65%之间,展宽角在8°～10°之间,成形角在29°～32°之间。     

模具工艺参数对多楔轧制高铁空心车轴力能参数影响

力能参数是有效控制多楔轧制高铁空心车轴的成形质量和设备设计的关键参数。为了研究模具工艺参数对多楔轧制高铁空心车轴力能参数的影响规律,采用DEFORM有限元软件,建立了楔横轧多楔同步轧制高铁空心车轴的三维刚塑性有限元模型;对轧制力和轧制力矩进行了理论计算;分析了展宽角、成形角、模具脱空等模具工艺参数对空心车轴力能参数的影响规律。结果表明:展宽角增大使力能参数增大;成形角增大也使力能参数增大;模具脱空能够显著改善轧件的受力状况。进行了1∶5多楔轧制空心车轴实验,实验轧制力矩与数值模拟结果相对误差均在10%以内,验证了有限元模型的正确性。     

700℃超超临界锅炉过热器管材Inconel 740H合金冷变形行为研究

对Inconel 740H合金荒管进行了不同变形量的冷轧实验,分析了其冷变形特性。通过冷变形后不同制度的退火处理,对Inconel 740H合金组织演变规律进行研究,建立了退火过程中再结晶晶粒长大方程。同时引入不均匀因子Z对组织均匀性进行评定。研究表明,Inconel 740H合金中间退火处理中的静态再结晶过程主要受退火温度和保温时间影响,所构建的再结晶晶粒长大方程与实验值吻合度较好。冷轧变形量为20%,中间退火制度为1100℃/5 min时得到的组织最为均匀。     

Void closure prediction in cold rolling using finite element analysis and neural network

Cold rolling is used to eliminate void defects in cast materials thus improving the material performance during service. A comprehensive procedure is developed using finite element analysis and neural network to predict the degree of void closure. A three-dimensional nonlinear dynamic finite element model was used to study the mechanism of void deformation. Experiments were conducted to investigate void closure during the cold flat rolling process. Experimental results are compared to the three-dimensional finite element predictions to validate the model. The void reduction predictions from finite element analysis are in good agreement with experimental findings. Plastic strain, principal stress distribution around the void and void reduction ratio are presented for various case studies. As finite element simulation is time-consuming, a back-propagation neural network model is also developed to predict void closure behavior. Based on the correlation analysis, the reduction in sheet thickness, the dimension of the void and the size of the rollers were selected as the inputs for the neural network. The neural network model was trained based on results obtained from finite element analysis for various simulation cases. The trained neural network model provides an accurate and efficient procedure to predict void closure behavior in cold rolling.     

无缝钢管张力减径过程的有限元分析

根据张力减径机组轧制工艺,采用非线性有限元法建立了三维热力耦合弹塑性有限元模型,运用该模型对实际张力减径过程进行了数值模拟,得到了管坯的温度场、应变场和应力场分布规律,分析了管坯经过各机架时的壁厚变化。模拟得到的轧制力能参数与现场实测结果吻合较好,为张力减径过程的工艺理论研究提供了依据。     

基于Deform高线粗轧奥氏体晶粒细化研究

本文结合GCr15再结晶模型, 根据轧线实际孔型参数、轧线布置与轧制程序, 采用刚塑性有限元法, 利用模拟软件Deform对轴承钢线材GCr15粗轧进行了三维有限元模拟, 分析总结了粗轧过程中轧件温度场、等效应变和应变速率的变化规律, 得出粗轧过程动态、亚动态和静态再结晶的百分数和对应晶粒尺寸, 揭示了轧件在粗轧过程中再结晶规律及奥氏体晶粒细化规律, 并且证实了初始晶粒尺寸对粗轧过程奥氏体晶粒细化的影响规律。     

A comparative study of slab deformation under heavy width reduction by sizing press and vertical rolling using FE analysis

A detailed comparison between the quality of slabs formed by sizing press and vertical rolling mill is presented. ABAQUS/explicit commercial finite element software with elasto-viscoplastic constitutive model for material is used to study the geometric characteristics and deformation pattern during width reduction in these processes. Finite element models developed for both sizing press and vertical rolling processes are validated by comparing their results with experimental data available in literature. Parametric studies are performed using validated finite element models for sizing press mill to determine the effect of input process parameters such as initial slab width and thickness, width reduction and transfer pitch on the process outputs such as dogbone formation, head and end fishtail profiles, width necking at the leading end of the slab and slab edge quality. Similarly, developed finite element models for vertical rolling are used to investigate the effects of different input parameters on the slab deformation after passing through a vertical rolling stand with the aim of comparing the two width reduction processes. According to the results, benefits and drawbacks of each width reduction method are discussed. The enhancing effect of subsequent horizontal rolling after sizing press and vertical rolling processes on the final slab thickness is also presented.     

超声振动对W形金属密封环滚压成形不均匀变形的影响

为了提高W形金属密封环的成形质量,本文对W形金属密封环的超声振动滚压成形过程进行了研究。基于ABAQUS/Explicit有限元仿真软件,搭建了W形金属密封环超声振动辅助滚压成形三维有限元模型,研究了超声频率对环件不均匀变形的影响。结果表明：随着超声频率的增加,环件的应力不均匀度呈现先增后减的规律;环件的应变不均匀度呈现先略微减小,然后激增,再减小的规律;壁厚不均匀度呈现先减小,后增大,再减小的趋势。其中在超声频率为30kHz与40kHz时环件变形不均匀程度显著增大,这是由于环件产生了起皱现象造成的;通过对截面的应力、应变和壁厚不均匀分析,证明了波峰与波谷位置是成形过程中的关键部位。     

中厚板轧制多参量耦合的数值模拟(Ⅰ)

基于物理冶金组织演变经验模型,采用三维刚塑性有限元法建立中厚板轧制过程多参量耦合数值仿真模型.运用该模型对16Mn钢典型工艺下中厚板轧制过程进行模拟计算,分析了变形场、温度场、组织等场变量的演变规律以及冷却过程铁素体晶粒转变.实测得到的铁素体晶粒尺寸,与计算结果基本吻合.     

极薄带轧制过程的晶体塑性有限元分析

极薄带轧制过程中,当轧件厚度降低到与晶粒尺寸同一量级时,其变形在很大程度上受到晶粒形态和取向等内部组织状态的影响,传统塑性理论不能直接用于微观塑性成形的分析。介绍了采用晶体塑性有限元方法对极薄带轧制过程所做的研究,如轧件厚度和晶粒尺寸对轧制变形的影响、塑性变形时滑移系的激活和运动等。