Deformation behaviors and conditions in L-section profile cold ring rolling

Three-dimensional FE model of plastic penetration in L-section profile cold ring rolling is established under ABAQUS software. Based on this model, the expanding rules of plastic zone in roll gap are revealed by FE simulation, and three deformation behaviors of L-section ring that exist in the rolling process are exposited. Conditions for three deformation behaviors are studied and verified by rolling simulation and experiment. The deformation behavior, which is needed for normal rolling of L-section ring, and its conditions are determined at last.     

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。     

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。     

异形截面环件虚拟轧制及其工艺优化

环件轧制是当前广泛应用于生产无缝环件的一种特殊塑性成形方法,然而轧制异形截面环件影响因素众多,控制环件成形具有高度的复杂性,采用传统的试凑法很难满足产品研发的需要。文章基于通用动力显式有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了RAW200/160-5型径轴向轧环机的三维仿真模型,并对斜L异形截面环件进行了虚拟轧制,实现了毛坯结构和轧制工艺的优化。结果表明,采用计算机模拟环件轧制生产过程,对于优化毛坯形状,制定或修改环件轧制工艺,缩减产品研发时间,降低生产成本,提高轧制效率具有重要意义。     

Material flow determination for radial flexible profile ring rolling

Regarding the increasing demand on annular components with complex geometries, a flexible process has been developed at the IBF to profile sleeve shaped rings. Unlike processes using grooved tools, here diverse contours can be realized on the inner surface using one “universal” tool. By extending the tool kinematics and developing an adequate forming strategy the general feasibility of the process has been shown on a bench scaled model ring rolling rig using a wax based model material. Parameters such as ring/tool geometry and roller feed strategy were detected as having an effect on material flow resistance in the rolling and transverse directions. Expressing them by geometric ratios, the material flow distribution could be determined in numerous experiments and quantified by a newly-defined extension coefficient with a certainty of 95%. This achievement enables us to predict the material flow in axial and tangential directions to manufacture complex geometries reproducibly.     

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。     

某轴承外圈滚道裂纹分析

某轴承外圈在试验过程中上侧滚道发生网状开裂和掉片,通过宏观分析、化学成分分析、硬度测试、断口分析以及金相分析等手段,对轴承外圈失效部位进行综合分析。结果表明：上侧滚道可观察到断口呈贝纹线,放射状棱线扩展,疲劳源和碎片表面存在磨削白亮层和磨削回火层,白亮层和回火层为磨削过程中的磨削工艺不当所导致,磨削白亮层和磨削回火层的存在严重影响零件的接触疲劳性能,零件在次表面发生疲劳萌生和扩展,导致轴承外圈在较短的时间内疲劳失效。     

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。     

辗扩成形系统的运动分析

研究辗扩成形系统的运动学规律, 导出了芯辊进给运动、环件辗扩成形运动 (包括环件直径扩大运动、环件转动和平动)、抱辊系统随动等的运动学方程, 确定了环件直径扩大运动速度和加速度、环件旋转角速度和角加速度的极限范围。为辗扩成形系统运动机构参数的设计和工艺设计提供了理论依据, 并为辗扩成形系统整体优化及过程控制、仿真奠定了基础。     

GCr15铸环热辗扩孔洞形状演变预测模型研究

环件铸辗复合成形是利用铸造环坯热辗扩成形环件的一种短流程成形新工艺。然而铸造环坯中存在的夹杂、缩松、缩孔等孔洞类缺陷能影响到热辗扩成形环件的最终质量。基于ABAQUS平台建立了GCr15铸环孔洞热辗扩三维热力耦合模型,通过热轧实验验证了模型的可靠性,并研究了GCr15铸态环件不同径向位置孔洞缺陷在热辗过程中的演变规律,提出了一种铸环热辗过程中孔洞形状演变的预测模型。模拟结果表明,孔洞各向尺寸变化与孔洞位置密切相关,孔洞距离内径越近,其各向尺寸变化越大;根据初始铸坯的几何参数、相关热辗扩工艺参数和初始孔洞尺寸可以预测该孔洞在热辗扩过程中的形状演变情况。     

轴承套圈沟道强化研磨加工速度优化研究

为优化强化研磨加工工艺,采用Workbench Explicit Dynamics软件的有限元数值模拟模块对轴承套圈沟道强化研磨加工的撞击速度进行优化分析,提出了强化研磨加工的最优撞击速度,并通过强化研磨加工实验对最优撞击速度进行验证。结果表明：以最优的撞击速度对轴承套圈沟道进行强化研磨加工能够提高工件表面硬度,尤其是获取大量有利于提高其耐磨性能及延长其疲劳寿命的微观油囊结构层。     

T形截面环件冷辗扩中的应力应变演变特征研究

基于T形截面环件冷辗扩的数值模拟研究,揭示了该工艺中环件的应力应变的演变特征。外环面附近以及与芯辊接触的内环面附近压应力作用较强,而填充部分前端和环件心部拉应力作用较强;随着加工过程的推进,拉应力作用逐渐减弱。在周向上应变分布几乎相同,环件轴向对称面附近的金属产生压缩类变形,而其余金属产生拉伸类变形。环件心部和型槽入口处附近最有可能产生裂纹等缺陷。通过多道次加工或者适当增加每转进给量可降低产生裂纹。     

孔型对H型钢开坯轧制成形的影响及优化

采用弹塑性有限元方法,依托ABAQUS软件中显式计算的方法,对不同规格H型钢的往复开坯轧制进行仿真分析。应用ALE网格自适应技术解决了多道次的网格畸变问题。引入现场测试的温度数据作为模型的温度边界条件。通过对不同规格H型钢使用相同坯料的轧制过程进行模拟分析发现,孔型对开坯轧制最终成形有较大影响。分析结果表明,当采用展宽孔型轧制大规格型钢时,最终道次稳定段的轧件断面不能充满孔型,造成翼缘内侧缺肉现象;采用箱型孔预轧制小规格型钢时,这一现象则不是很明显。采用实测尺寸对H700×300规格H型钢的断面尺寸进行了对比验证。针对上述缺陷对H700×300规格的H型钢粗轧孔型进行优化,改善了翼缘缺肉现象。研究结果对于制定BD轧制规程具有指导意义。     

Researches on the ring stiffness condition in radial–axial ring rolling

The radial–axial ring rolling technology is used mainly to manufacture large rings in many industrial fields. During rolling process the ring may be collapsed or deformed unexpectedly under the pressure of guide roll, and in this case the ring is wasted. To prevent ring collapsing is necessary for smooth rolling. On the basis of rolling theory, the forces exerted to ring in radial–axial ring rolling process were analyzed, and the stiffness model of ring was proposed. The stiffness condition was derived and the influencing factors of ring stiffness condition were explained. The ring stiffness condition in radial–axial ring rolling is related to the factors of ring size, rolling ratio, position angel of guide roll, rolls sizes, position of cones, radial and axial feed speed and friction condition. The effect laws of some factors on ring stiffness condition were revealed by FEM simulation. The stiffness condition can be used as a rule of design and manufacturing for radial–axial ring rolling.     

激光热轧板带钢板形检测方法的研究

本文研究的新型激光板形检测方法是利用棒状激光器、CCD成像技术和数字图像处理技术非接触式检测热轧板带钢板形的方法.本文论述了该测量方法的工作原理和所进行的模拟检测试验.测量结果表明,该方法测量热轧板带钢板形结果准确可靠.     

内台阶锥形环件辗扩锻件设计方法研究

内台阶锥形环件是工业中的一种典型金属结构,相对于其它内锥形、外锥形和梯形环件而言,具有中部连续渐变、两端突变的特点。文章针对内台阶锥形环件的这一特点,首次提出了横截面变化率的定义,并将此定义用于内台阶锥形环件锻件设计,得出改进此类锻件轮廓的一般规律。对于给出的锻件及其改进方案,用弹塑性动力显式有限元方法进行辗扩塑性变形过程的模拟,证实了横截面变化率作为锻件改进的依据是可行的,所提出的锻件设计方法对于类似内台阶锥形环件辗扩工艺设计具有指导意义。     

螺旋孔型斜轧孔型容积的包络法计算

对于螺旋孔型斜孔的孔型封闭体积,本文从包络原理出发进行了分析,考虑轧辊直径以及轧辊角,把轧辊直径以及轧辊倾角作为轧辊设计基本参数之一,提出了包含轧辊直径以及轧辊倾角在内的多余金属系数计算的新算法。同传统孔型容积计算方法相比,更全面地考虑了影响孔型容积的几何因素。     

辗环机自动轧制的初步研究

借鉴手动操作辗环机轧制环件的经验,分析辗环机轧制过程中环件的咬入条件、锻透条件、刚性条件与每转进给量的关系,以此确定关于每转进给量的理论设计方法和计算公式,为环件轧制的自动控制设计提供理论参考。     

40Cr凸轮轧槽不变轧制工艺的研究

针对凸轮常见生产方法存在的材料利用率过低、产量低、生产周期长等问题,尝试了轧制成形工艺。基于DEFORM刚塑性有限元法建立了凸轮轧槽不变,只改变辊缝的多道次轧制过程的三维有限元模型。模拟分析总延伸系数不同时轧件的孔型充满度,确定出最佳轧制道次为2;分析坯料直径不同时轧件的孔型充满度及变形均匀性,确定出最佳坯料直径为Φ72 mm。在Ф160 mm×200 mm两辊轧机上验证了在最佳轧制道次和坯料直径下,40Cr凸轮的轧槽不变轧制成形工艺。实验得到轧件横截面组织分布与模拟应变分布规律一致,证明了模拟结果的准确性。     

环件轧制过程的稳定性

分析了环件轧制过程振动的物理机理,建立了环件轧制振动的动力学模型和方程,确定了环件轧制过程稳定性条件及影响因素