螺旋孔型斜轧研究

40年代末、50年代初,苏联、日本、美国等采用螺旋式孔型的两辊或三辊轧机轧制生产实心或空心回转体零件(如图1所示)收到显著的经济效果。但由于孔型斜轧成形在技术上的复杂性,因此多停留在简单外形零件生产的水平上。     

磨球斜轧机轧辊螺旋孔型设计

针对磨球轧制机中斜轧轧辊螺旋孔型带有变高度、变螺距型槽的特点,以轧制φ 38mm磨球为例,计算了轧辊的相关参数,阐述了轧辊的设计方法,克服了轧辊在设计和加工等方面的困难,为轧辊的实体建模及数控加工提供了理论依据.     

轧制参数对钢球螺旋孔型斜轧工艺的影响

采用螺旋孔型斜轧工艺加工轴承钢球,其模具加工、调试安装复杂且耗时。针对该问题,利用有限元软件Deform,对轴承钢球轧制过程进行了仿真模拟,并采用控制变量法的思想,通过改变单一参数研究了棒料尺寸、轧制温度、轧辊倾斜角度对钢球轧制成形的影响规律,从而为钢球的斜轧工艺设计提供一定的参考。研究结果表明:棒料尺寸对钢球外形影响最大,棒料尺寸不足会造成钢球带有环带沟,棒料尺寸过大会导致钢球表面金属堆积;轧制温度对轧制力影响最大,轧制温度的提高有利于降低轧制力,但会导致钢球表面的脱碳及氧化皮现象严重,因此应尽可能采用较低的轧制温度;当轧辊倾角小于轧辊螺旋升角时,在轧制过程中容易出现钢球无法旋转的情况,因此应尽可能使轧辊倾角与轧辊的螺旋升角保持一致。     

球墨铸铁螺旋孔型斜轧贴皮现象的力学研究

球墨铸铁的螺旋孔型斜轧的生产中出现了贴皮等在轧制钢类材料时不会出现的问题。本文建立了发生贴皮现象部位的力学模型 ,并提出了相应的金属表面切应力的算法 ,作为球铁磨球斜轧中防止贴皮现象的设计准则之一。从力学角度建立起解决贴皮现象的理论基础 ,一方面 ,充实了球墨铸铁轧制工艺的理论基础 ,另一方面 ,也为工程人员提供了理论设计依据。     

Φ300mm球墨铸铁磨球螺旋孔型斜轧孔型的优化设计

在首次提出包络地分析孔型容积的基础上,考虑了在４种轧制情况下,优化计算了轧制了Φ３０ｍｍ磨球时轧辊的参数,分析了在轧制过程中孔型多余金属系数随轧辊转角变化而变化的趋势,给出了轧制Φ３０ｍｍ磨球的最佳轧辊倾角和喇叭口倾角,从而为实际生产中避免早断、表面贴皮等轧制缺陷提供了一定的理论依据。     

磨球斜轧机轧辊螺旋孔型实体建模设计

针对磨球轧制机中斜轧轧辊螺旋孔型带有变高度、变螺距型槽的特点,以轧制Φ38mm磨球为例,阐述了利用Pro/E软件实体造型功能对轧辊的螺旋孔型进行实体建模的方法和步骤,克服了在轧辊传统设计中图形绘制复杂、无法直观体现轧辊实体、设计精度低等缺点,并为轧辊数控加工提供了理论依据.     

φ30mm球墨铸铁磨球螺旋孔型斜轧孔型的优化设计

在首次提出包络法分析孔型容积的基础上， 考虑了在４ 种轧制情况下， 优化计算了轧制Φ３０ｍ ｍ 磨球时轧辊的参数， 分析了在轧制过程中孔型多余金属系数随轧辊转角变化而变化的趋势，给出了轧制Φ３０ｍ ｍ 磨球的最佳轧辊倾角和喇叭口倾角，从而为实际生产中避免早断、表面贴皮等轧制缺陷提供了一定的理论依据。     

螺旋孔型斜轧中轧件工艺非圆面积计算

螺旋孔型斜轧是一种回旋零件加工新工艺,具有效率高质量好材料利用率高等优点。由于变形机理特殊复杂,至今该技术只在形状简单零件上得到应用。轧件在轧制过程中产生的非圆的大小是轧辊设计的重要参数,对轧件缺陷的产生和轧件精度有很大影响。通过分析轧件和轧辊几何关系,建立了轧制过程中轧辊和轧件关系的数学模型,在此基础上得到了轧件工艺非圆面积计算公式,并用实际轧制实验进行了验证,结果表明该公式可以准确的计算由螺旋孔型斜轧工艺产生的轧件非圆面积。     

螺旋孔型斜轧钢球的塑性分析

采用流函数方法 ,对螺旋孔型斜轧过程进行了分析 ,得到了轧制过程力能参数的计算公式 ,并进行了实例计算和比较。     

GCr15管变螺距孔型设计及轧制切断工艺

针对等螺距螺旋轧制切断轴承管存在明显的外表面缺角的问题,依据螺旋轧制理论,明确了任意径向压下量与轴向延伸量之间的定量关系,探讨了通过逐渐减小螺距缩减轴向延伸变形、进而提高孔型充满度的方法,建立了严控缺角量的变螺距法轧制模型。采用刚塑性有限元数值模拟技术,论证了变螺距法可获得4%以内的轴向及径向缺角率,以及增加导板限制横变形后,不仅可以继续降低缺角率,还可将管圆度提高至1.01。等螺距和变螺距法的轧制力及轧制力矩均呈现波动性逐渐增加的规律,平均压力和力矩分别为15.2和18.2 kN以及914.4和884.5 N·m,相差约为16.4%和3.3%。研究成果对轴承管高精度切断具有一定的理论及实际意义。     

环件冷辗扩技术现状和发展

简要地介绍了环件冷辗扩原理、冷辗扩工艺、冷辗设备、加工过程控制参数、模具寿命及有限元模拟技术的现状和发展,并指出了环件冷辗扩还缺乏精确而系统性的研究,弹塑性有限元研究才刚刚起步,通过模拟来优化加工过程参数在国际上也几乎没有公开发表的文献。因此,应该从理论、有限元模拟、材料、设备、热处理、模具等多学科联合攻关研究,才能使我国的环件冷辗扩技术跃上一个新的台阶。     

大型厚壁深槽环件卧式复合轧制新方法理论与模拟(一)

由于大型厚壁深槽环件特殊的几何特征,需要采用自由锻与切削的工艺,导致能源材料消耗高、效率低、产品性能差。该文提出一种用于成形大型厚壁深槽环件的卧式复合轧制新方法,基于环件卧式复合轧制成形原理,提出了主要成形参数的设计方法;利用ABAQUS有限元软件进行三维热力耦合有限元建模与模拟分析,验证了环件卧式复合轧制技术可行性,揭示了轧制过程中环件几何尺寸、应变、温度以及力能参数分布演变规律。研究成果为深入研究大型厚壁深槽环件卧式复合轧制成形机理和工艺设计方法奠定了重要基础。     

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。     

沟球环件冷辗扩过程中截面变化规律

在沟球环件冷辗扩过程中,环件外径的增长预测和导向辊的位置确定是确保平稳辗扩的条件之一,而这两者的决定因素在于辗扩过程中截面形状变化。采用商业软件ABAQUS/Explicit对冷辗扩过程进行三维建模,预测沟球截面环件的直径增长和截面形状变化过程。在D56G90型冷辗环机上进行实验,测量了不同阶段的环件直径和沟球截面形状。将实验测量结果分别与解析计算结果和有限元计算结果进行比较,得出三者之间的差别,从而发现误差。利用解析结果和实验结果来修正三维有限元模型,以便更加精确地利用有限元模型来预测环件直径的增长规律和截面变化规律。模拟结果可以用于指导环件冷辗扩的工艺制定和生产,以期提高环件的质量。     

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。     

工艺参数对楔横轧一次成形气门毛坯螺旋痕的影响

采用楔横轧工艺,在轧制过程中轧件的已轧表面经常产生带倾斜角螺旋状凹痕缺陷。为解决气门毛坯材料5Cr21Mn9Ni4N应用楔横轧轧制更易出现表面螺旋痕的问题,以DEFORM-3D 6.0软件为有限元模拟工具,对不同工艺参数下轧件跟踪点的应力场进行研究。在楔横轧H500轧机上进行不同工艺参数轧制实验,计算每个轧件螺旋度,并对其进行比较分析。由有限元模拟结果和实验结果得出,对轧件表面螺旋痕影响最大的是成形角,其次是斜楔尖部圆角,再其次是展宽角。工艺参数对表面螺旋痕影响规律是,随成形角的增大,表面螺旋痕先减小,后增大;随斜楔尖部圆角和展宽角的增大,表面螺旋痕减小。并得出,在其他参数已确定的情况下,成形角取28°、展宽角取8°40′、斜楔尖部圆角取10mm时,楔横轧轧制气门毛坯不容易形成表面螺旋痕。     

钛合金棒材三辊螺旋轧制成形数值模拟

利用有限元软件Deform-3D建立钛合金棒材三辊螺旋轧制过程的三维有限元仿真模型,对棒坯轧制从咬入到稳定轧制的全过程进行了模拟分析.研究得出三辊螺旋轧制中棒坯的变形规律,分析了钛合金棒坯成形过程中应力应变情况及轧辊的载荷.该研究对于轧制缺陷控制有着重要的指导意义,为轧机的工艺参数和关键零部件的设计提供了重要依据.     

大型风电轴承套圈滚道轧制数值模拟与实验

风电轴承是风电装备的关键零件,而套圈作为轴承的核心组件,对轴承服役寿命以及主机运行可靠性至关重要。环件径轴向轧制是制造各种大型无缝轴承套圈、回转支承、法兰环件的先进回转塑性成形工艺。目前,风电装备中应用的各种球轴承,其套圈滚道均是通过切削加工成形,材料浪费多,加工效率低,且滚道金属流线分布差,削弱了套圈的力学性能。文章以典型的大型双滚道风电轴承套圈为对象,开展其滚道轧制成形数值模拟和实验研究。通过环件轧制工艺理论分析,提出了主要工艺参数设计方法;建立套圈径轴向轧制热力耦合有限元模型,通过模拟分析,对轧制进给规程进行优化;根据模拟结果,开展了轧制实验,成功轧制成形出合格的双滚道轴承套圈。该文研究实现了大型风电轴承套圈滚道直接轧制成形,为风电以及其他领域用大型轴承套圈、回转支承环件节能节材的先进制造,提供了有效的工艺理论指导。     

径轴向数控轧环机计算机管理系统

介绍了中国重型机械研究院有限公司研制的径轴向数控轧环机的工作原理和计算机管理系统的组成,该系统分为轧制管理计算机系统和轧制操作计算机系统,轧制管理计算机系统在轧环机控制系统中的通信功能,以及轧制操作计算机系统的人机界面功能。     

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。