鼓形环坯轧制的宏微观变化数值模拟研究

针对鼓形环坯建立了环件径轴向轧制三维有限元模型,通过Simufact软件对鼓形环坯轧制的宏微观变化进行了耦合模拟,模拟揭示了鼓形环坯在轧制过程中的温度、等效应变、晶粒、动态再结晶的分布和演化规律;深入研究了轧制成形过程中径向每圈压入量对环锻件微观组织大小的影响规律。结果表明:基于鼓形环坯获得的环锻件,其内外侧棱边处发生的动态再结晶体积分数最大,晶粒最为细小,其次是内外表面和上下表面,心部动态再结晶体积分数最小,晶粒尺寸最大;适当增大径向每圈压入量,能够扩大动态再结晶区域,获得晶粒尺寸细小的环锻件。     

异形截面环件封闭轧制缺陷与控制

异形截面环件截面形状复杂,轧制时金属流动不均匀,易产生翘曲、鱼尾等缺陷。基于Forge有限元模拟软件对异形截面环件封闭轧制成形进行研究,得出了异形截面环件轧制过程中翘曲、鱼尾缺陷产生机理,分析了毛坯截面形状对翘曲和鱼尾缺陷的影响规律。以优化毛坯截面形状的方式,提出了控制这些缺陷的对策。研究结果表明,将毛坯内孔直壁高度设计成与法兰部分高度相等,颈部内表面设计成锥面,可消除轧制产生的扭矩,使翘曲现象明显减小,轧制得以顺利进行;将毛坯颈部外表面倾角设计为30°,鱼尾缺陷最小,并实现环件饱满成形。将模拟研究结果用于实际生产,获得了合格的产品。     

盾构机滚刀刀圈体轧环工艺研究及模具设计

针对异形截面环件在实际轧制过程中影响因素较多、规律复杂、环件质量较难保证等问题,结合径向轧环轧制特点,提出径向封闭轧制成形工艺。以异形截面盾构机滚刀刀圈体为研究对象,借助立式轧环机、1000 t压机等设备,从工艺方案制定、轧制工艺参数选择、坯料形状设计、模具结构设计、轧制孔型安装调试等方面对轧环质量的影响进行了分析。结果表明：当轧制比为1.2～4.0、环件毛坯与锻件体积近似相等、环坯各截面圆滑渐变、毛坯内孔上下端面设置倒角,并且于轧制前将导向轮尽可能靠近环件、轧制后驱动辊多轧制几圈予以修型,可以消除环件的毛刺缺陷,提高了环件的综合力学性能、缩短生产周期、降低生产成本。     

锥台复合截面环件精密轧制毛坯的优化设计方法

针对广泛用于油气管道阀门、航空发动机机匣及结合环中的锥台复合截面环件较难同时获得所需的直径尺寸和台阶形状的问题,提出"等壁厚型"和"变壁厚型"两种环坯设计方法。借助ABAQUS模拟平台,建立两种轧制环坯设计下的锥台复合截面环件轧制过程的有限元仿真模型,分析两种环坯轧制过程中的台阶充型规律及最终的成形环件尺寸误差。结果表明,"变壁厚型"环坯比"等壁厚型"环坯轧制成形后尺寸精度高。为获得最优的尺寸精度,在"变壁厚型"环坯设计基础上,添加尺寸修正系数η。通过对比不同修正系数η下的环坯轧制成形尺寸精度,得出尺寸修正系数η在1η1.1范围内的"变壁厚型"环坯为最优环件轧制毛坯。基于模拟结果,在WD51Y-250多功能轧环机上进行锥台复合截面环件轧制实验,验证有限元模拟的可靠性和环坯设计方案的可行性。     

毛坯截面形状对L形截面异形环件轧制成形的影响

利用有限元软件对L型截面异形环件轧制工艺进行了研究,模拟了矩形、外斜度、内斜度三种不同形状的轧制毛坯轧制后,孔型填充和缺陷产生,结果表明:1)矩形截面轧制毛坯进行环轧后,孔型不能完全充满,且出现了一定程度的鱼尾和毛刺;2)内斜度轧制毛坯进行环轧后,孔型不能充满,且环件内圆处原有斜度不能完全消除,并出现了严重的毛刺;3)外斜度环件进行环轧后,孔型能够完全充满,且鱼尾和毛刺等缺陷较为轻微。工艺试制结果表明,该方案能够生产出合格的锻件。     

内台阶型环件径轴向辗轧技术

通过理论分析、数值模拟与试验相结合的方法,对内台阶型环件径轴向辗轧技术进行研究,分析确定了初始辗轧方案。针对某一齿圈设计了用于辗轧内台阶型环件的芯辊,设计了梯形截面与矩形截面两种不同形状的毛坯,并对两种不同毛坯的辗轧过程进行仿真模拟与试制试验。结果表明:二者的圆度及壁厚均匀性都较好;在辗轧初期,梯形截面毛坯的轧制力较小,且随着轧制的进行,整体呈现出减小的趋势,且二者趋于一致;采用梯形截面毛坯成形的环件的温度、应变分布较为均匀。综合考虑辗轧过程中轧制力和成形环件几何尺寸、温度及应变分布的均匀性,梯形截面毛坯优于矩形截面毛坯,但前者制坯难度较大,且矩形截面毛坯亦能轧出合格齿圈,故矩形截面毛坯更适合于内台阶型环件径轴向辗轧过程。     

大型环件轧制生产流程分析和下料体积计算

在大型环件轧制生产中,精确的下料体积和合理的工艺流程对提高大型环件产品的加工质量、材料利用率和生产效率,降低能源消耗、生产成本和劳动强度是十分重要的。本文对大型环件轧制生产工艺流程进行了系统分析,其中包括铸锭下料、铸锭加热、环件毛坯制作、环件毛坯二次加热、环件径轴向轧制、环件热处理、环件机械加工和环件成品检测;建立了大型环件轧制生产下料体积计算方法,其计算过程包括轧制成形环件体积计算、轧制环件毛坯体积计算、锻造成形环坯体积计算、锻造毛坯体积计算和下料体积计算。本文的研究成果提高了大型环件轧制生产下料体积计算精度和大型环件轧制生产工艺水平。     

基于锻坯的大型外凹形截面环件成形研究

针对大型外凹槽型环件成形上的困难,根据异形截面的环锻件毛坯尺寸设计三大原则和方法,设计出合理的锻坯尺寸及形状,进一步设计出比较合理的模具。并基于SIMUFACT软件建立了径轴向轧环机三维数值仿真模型,对大型异形环件一个生产周期内的环件轧制过程进行了数值模拟,揭示了环件热辗扩过程中等效应变场、温度场、辗扩力以及金属流动特性的规律。仿真计算结果表明,采用计算机模拟环件的成形过程,可用于模具改造、锻坯设计以及轧制工艺的优化,建立起一种大型外凹槽截面环件稳定轧制模型。     

热轧带钢边部翘皮缺陷成因分析

为了探明低碳钢在带钢轧制过程中出现边部翘皮缺陷的形成原因,取样分析了翘皮缺陷形貌及夹杂物成分,并采用ø750 mm×550 mm高刚度二辊热轧机组进行实验室模拟轧制分析翘皮缺陷演化过程。通过建立不同轧制方案,探明了热轧带钢翘皮缺陷形成于精轧道次,缺陷的产生与坯表面质量和边部原始凝固组织无关,轧材在轧制过程中由于边部不均匀变形形成侧面凹陷,凹陷在后续轧制中被轧制压缩闭合,并翻转到表面成为翘皮缺陷。最后,工业生产试验表明,倒角铸坯可提高轧材边部在轧制过程中的温度和均匀性,抑制轧材边部不均匀变形,有效降低翘皮缺陷的发生率。     

双列圆锥滚子轴承内圈闭式轧制成形机理研究

由于双列圆锥滚子轴承内圈截面的复杂性导致环件在轧制成形过程中难以控制,经常出现轧制缺陷。针对圆锥滚子轴承内圈复杂截面这一特点,运用Deform-3D模拟软件建立了内圈环件轧制三维有限元模型,对环件初轧、主轧以及精整成形进行了分析,揭示了内圈在轧制成形过程中的应力应变变化规律,为生产中产品缺陷的分析以及毛坯结构设计提供理论依据。     

外台阶环闭式径向轧制轴向体积流动控制策略

外台阶环件截面变化程度大,实际轧制极易出现直径过大而截面形状充填不足的现象。基于典型的外台阶环件分析了该类环件的毛坯设计原则,提出了一种新的差速进给方式,即对环件大径段和小径段采用不同的进给速度,以确保材料在轧制中沿轴线方向无流动,确保外台阶环的良好成形。利用Abaqus软件模拟了传统进给下矩形截面环坯、两种台阶截面环坯和差速进给下台阶截面环坯的材料流动情况。结果表明,毛坯设计方法和新的差速进给方法是合理的。轧制后外台阶环件的截面形状和直径尺寸达到了要求。     

异形环件轧制的表面流线缺陷分析与控制研究

由于变形的不均匀性,异形环件环轧时极易出现各种缺陷。以某钛合金异形环件轧制出现的表面流线纹缺陷为例,利用数值模拟分析了成形过程的材料流动,并与物理实验进行对比。通过对比环轧工艺参数与速度场分布、参考点速度差的关系,探讨了产生表面流线纹的主要原因,进而得到了优化的环轧工艺参数,即芯辊进给速度为0.35 mm/s、驱动辊转速为20 r/min、驱动辊半径为500 mm。结果表明,调整轧制进给策略后,制件表面纹路完全消除,成形效果得到极大改善。     

铝合金锥面筒形环件轧制成形数值模拟与实验研究

铝合金异形截面环件是航天航空和国防装备的重要结构件,铝合金异形截面环件目前多采用自由锻成形或者简化为矩形截面环件后轧制成形,使环件生产周期长、材料利用率低、环件的组织性能差,严重限制了该类环件的应用和发展。针对2A14铝合金锥面筒形环件进行了轧制过程数值模拟和实验研究,提出了形状相似环件毛坯设计方法和锥形环件轧制过程的合理工艺参数范围计算方法,并基于ABAQUS/Explicit平台建立该环件轧制过程的三维热力耦合有限元模型。通过分析毛坯结构对成形环件尺寸误差和变形均匀性的影响,得到了等截面积环件毛坯成形尺寸误差最小的结果。并根据模拟结果进行轧制实验验证,成功轧制出合格的锥面筒形环件。     

大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应研究

环件径轴向轧制成形技术是生产大型高品质无缝环件的最佳加工方法。本文通过对比分析不同厚度和高度环坯条件下的环件变形状态,揭示了大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应。研究发现,较小的环件毛坯厚度和高度会改善大型环件径轴向轧制的锻透性,两者都有助于环件直径的增大和环件变形均匀性的提高,同时对于提高成形过程中环件截面的成形质量也有利。     

L形截面环件径轴向轧制过程数值模拟与工艺优化

径轴向轧制成形技术是生产大型高品质L形截面无缝环件的理想加工方法。以Deform有限元软件为平台,对L形截面环件径轴向轧制过程进行了数值模拟,揭示了L形截面环件轧制过程中折叠和凹坑缺陷的形成机理。以此为基础,对初始环件尺寸和轧制工艺进行了优化。研究结果表明:初始环件尺寸和轧制速度设计不合理是缺陷出现的主要原因;优化后的初始环件和进给速度能够消除缺陷,使环件的截面形状填充较好。     

超薄壁大径厚比筒体旋压鼓形失稳机理与规律

运用有限元软件MSC.Marc模拟超薄壁大径厚比筒体减薄旋压加载过程,研究载荷、工模配合间隙、工件直径及厚度对旋压鼓形失稳的影响规律。结果表明,载荷、配合间隙和工件直径越大、壁厚越小,越容易产生鼓形失稳缺陷。以哈氏合金C276为毛坯材料,进行直径为561.5mm、厚度为0.42mm筒体的减薄旋压实验,实验结果与仿真分析吻合;在深入分析超薄壁大径厚比筒体旋压的力流特性和约束特性,探讨旋压鼓形的形成机理的基础上,提出了间隙率和锁模环的概念及其对旋压过程的影响,并提出了鼓形失稳的调控措施,为超薄壁大径厚比回转件的整体减薄旋压成形提供理论指导和工艺借鉴。     

大方坯往复轧制过程中内部空洞闭合行为的数值模拟北大核心CSCD

空洞是方坯内不可避免的缺陷之一,由于大方坯尺寸较大,因此空洞闭合过程比较困难。通过Deform有限元软件建立带有空洞的轧件轧制过程热力耦合模型,并对空洞部分进行网格局部细划分,主要模拟研究往复横列式轧制过程中的空洞闭合行为。通过模拟直径范围为Φ9~Φ12 mm的空洞的演变情况发现,空洞越小,闭合越容易。此外,通过分析空洞在不同位置的演变规律可知,距离轧件表面越近,空洞闭合受轧制力的影响越大。当空洞接近表面时,空洞的闭合不仅受轧制力的影响,还受温度的影响,距离中心线102 mm的空洞在等效应变小于0.3时的闭合速度快,等效应变大于0.3之后,由于空洞周围的温度降低,空洞闭合速度减慢。减少转钢次数、增大轧制力、控制轧件温度有利于大方坯往复轧制过程中的空洞闭合。     

环件轧制模拟中导向辊的定位研究

在环件轧制过程中,导向辊起着稳定轧制过程并对环件归圆的作用.本文根据轧制中体积不变条件和轧制过程中环坯轮廓为阿基米德螺线的假设,推导出了导向辊运动轨迹和速度的估算公式,并将之应用于不同环坯轧制过程模拟中导向辊的定位.结果表明:利用估算公式对导向辊定位,可使轧制过程稳定,以实现模拟,从而指导实际生产.     

矩形截面铝合金环件轧制成形方法

在试验和生产实践基础上,提出了一种采用空气锤自由锻制坯、轻向轧环机轧制成形矩形截面铝合金环件的新方法,通过设计轧制用毛坯、轧制孔型、轧制工艺参数,成功实现了矩形截面铝合金环件轧制成形和批量生产。     

中厚板边部裂纹缺陷的成因分析及对策

边部裂纹缺陷是中厚板常见的表面质量缺陷之一。分析表明,钢板边部的多条纵向微裂纹是连铸坯轧制过程中棱部侧翻产生的折叠。通过提高钢水纯净度, 控制连铸坯冷却强度,减小横轧展宽量,提高板坯加热均匀性,保证轧制压下量等措施,可大大减轻中厚板边部裂纹缺陷的程度。