基于RSM与FEM的环件径-轴向轧制的动力学参数联合优化

针对Inconel 718合金环件径-轴双向轧制过程,应用响应面法(RSM)和有限元法(FEM)对径-轴双向轧制的主要动力学参数进行了联合优化。为了综合考虑环件的成形质量,以环件热力参数的均匀性、体积损失系数及轧制力作为优化目标,建立了有限元模拟与响应面法相结合的二阶响应模型。基于模拟结果及响应模型,系统分析了各个变量对环件最终成形质量的影响规律,得到了最优双向轧制的动力学参数组合。     

环件径轴双向轧制过程中抱辊运动轨迹的计算方法

合理控制抱辊运动,是科学进行径轴双向轧制工艺设计和环件轧制过程三维有限元模拟必须解决的关键问题.以环轧过程中环件瞬时外径变化规律为基础,建立了抱辊运动轨迹的计算方法,并引入ABAQUS/Explicit商用软件,完成了GH4169合金环件双向轧制过程数值模拟和相关试验验证;对比分析了有抱辊作用与无抱辊作用下环件变形过程.结果表明,采用所提出的方法能很好地控制抱辊运动,得到椭圆度很小的环件,从而为有效控制难变形材料环件质量奠定了基础.     

大型40Cr13不锈钢环件径—轴向轧制工艺研究及优化

大型40Cr13不锈钢环件轧制成形复杂，在径-轴向轧制过程中，常存在参数设置不合理导致环件在轧制过程中出现失稳、偏移、异形等问题。针对这类问题，以目标外径为Φ2952 mm的大尺寸环件为研究对象，设计了4阶段式轧制曲线，选取轧制过程中的环件初始温度、驱动辊转速、环件外径增大速度等关键参数，并利用Deform-3D软件模拟轧制成形过程，分析了不同参数对径向轧制力、等效应变与温度分布的影响。结果表明：在4阶段式轧制过程，环件初始温度为1100℃、驱动辊转速为20 r·min^-1、环件外径增大速度为5.6 mm·s^-1时，成品环件的轧制力合适，且等效应变与温度分布均匀。     

大型环件径轴向轧制成形工艺制定研究

大型环件径轴向轧制成形工艺复杂,合理的成形工艺可以提高大型环件径轴向轧制成形的产品质量。本文对大型环件径轴向轧制成形工艺制定进行研究,给出了成形工艺制定流程和方法,其中包括轧制成形环件冷态和热态尺寸的确定、环件毛坯冷态和热态尺寸的确定、环件径轴向轧制成形工艺的确定。本文的研究成果在大型环件径轴向轧制技术的实际生产中获得了成功应用。     

外壁带凸台环件轧制成形规律

提出了一种外壁带凸台环件的新成形工艺方法，该方法实现了环件的连续成形，既能完成环件的扩径，还能在环件的外壁上成形高质量的凸台。利用ABAQUS有限元模拟软件，建立了外壁带凸台环件轧制成形有限元模型，并分析了轧制成形过程，探究了轧制过程中几何形状、等效应变、凸台高度、轧制力的演变规律，并通过试验验证了成形的可行性。结果表明：成形过程分为扩径阶段与凸台长大阶段，扩径阶段的形变与环件轧制相似，凸台长大阶段的形变与挤压相似；凸台长大阶段所需的轧制力远远大于扩径阶段，并且与进给量相关；凸台截面积对凸台高度的影响较大，而凸台形状对凸台高度几乎没有影响。     

成形条件对大型环件径轴向轧制成形影响研究

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。对大型环件径轴向轧制成形工艺进行了深入研究,通过对比分析不同材料和径轴向进给比条件下的环件变形状态,揭示了成形条件对大型环件径轴向轧制成形的影响规律。研究发现:动态再结晶效应好的铝合金环件材料在径轴向轧制成形时比碳钢环件变形更不均匀,成形过程截面质量更差,为了增加环件径轴向轧制的材料变形均匀性,可以适当地降低环件的成形温度,特别是环件表面的温度;对于厚度和高度尺寸相当的环件产品,在其他成形条件相同时,较大的径轴向压下比可以提高环件的变形均匀性。     

径轴向数控轧环机定心辊位置自动控制技术研究

径轴向数控轧环机定心辊的合理控制对环件轧制成形过程十分重要.本研究基于环件径轴向轧制工艺分析,提出了径轴向数控轧环机定心辊位置控制方法,推导了环件径轴向轧制过程中定心辊位置计算公式,建立了定心辊驱动油缸行程控制方程,并基于此开发了径轴向数控轧环机定心辊位置自动控制程序,该程序已经成功应用于生产实践.     

环件径轴向轧制的咬入条件分析

介绍了环件径轴向轧制工艺原理,在环件径向轧制理论体系的基础上,通过建立径轴向轧制中轴向孔型的咬入模型,主要研究了轴向孔型中的咬入条件以及其影响因素,并分析了径向与轴向两孔型中咬入条件的相互影响,为环件径轴向轧制生产提供了理论依据。     

大型40Cr13环件径-轴向轧制进给曲线设计方法研究

为满足实际生产需求，保障环件在实际轧制过程中的稳定性及产品质量统一，根据大型40Cr13环件塑性变形特点，在传统轧制曲线的基础上规划了五段式轧制曲线，并根据实际生产经验提出了各阶段的芯辊进给量Δb_i,再结合环件咬入条件、锻透条件及环件直径增大速度等公式提出了各阶段芯辊进给速度V_i的计算方法，从而得出了五段式轧制曲线设计方法。选择实际订单要求尺寸设计了五段式轧制曲线，通过有限元模拟方式分析了轧制后环件精度、温度和应变分布，均能满足实际生产要求，从而验证了五段式轧制曲线的合理性。     

径轴向环轧机的可轧区

环件轧制过程中存在着运动学、动力学、金属塑性及缺陷等非线性约束。常规工艺制订方法很难同时满足这些非线性约束条件。本文提出了综合可轧区的概念，并对综合可轧区进行求解，最后将各种非线性约束用几条曲线统一起来。据此可方便地确定径、轴向压下量范围。它不仅可以保证轧制过程的顺利进行，还可避免鱼尾等缺陷的产生，对实际生产具有指导作用。     

环件冷辗扩技术现状和发展

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。文中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,而在我国还是一个空白。同时,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。     

环件轧制三维有限元模拟中质量缩放方法的运用

阐述了环件轧制三维有限元模拟中运用质量缩放方法的意义及其理论依据,并对显式动力学有限元模拟中各种质量缩放方法进行了分类,给出了环件轧制模拟中质量缩放方法的选取原则。最后基于ABAQUS/EXPLIC-IT操作平台,建立了铅环件的环件轧制三维有限元模型,通过具体模拟及分析比较计算结果对选取原则进行了验证,从而总结出了适合于环件轧制模拟的有效的质量缩放方法。     

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。     

驱动辊转速对环件轧制工艺影响规律研究

针对环件轧制成形规律,以数值仿真和数学解析相结合的方法,以有限元分析软件ABAQUS为平台,建立弹塑性动态显式有限元模型,研究驱动辊转速对环件成形工艺的影响。研究表明,在环件轧制过程中,随着驱动辊转速的增加,每转进给量减小,外径部分金属轴向流动增加,环件自由端面形状系数FT增加,最大宽展系数增加,环件自由端面质量下降;在驱动辊转速增加过程中,轧制力和轧制力矩减小,对轧环机的力学性能要求降低。同时平均等效应变PEEQa增加,环件塑性变形程度增大,有利于提高环件力学性能,但同时变形不均匀程度也加大,内部质量缺陷的可能性增加。     

轧环机工作参数理论设计

分析了环件轧制的力学规律和运动学性质。研究和建立了环件轧制的咬入条件、锻透条件、轧制力与力矩关系、直线运动与旋转运动关系。在此基础上 ,确定了轧环机主要工作参数的理论设计方法和计算公式 ,为轧环机设计制造提供了依据。     

Φ9m超大型环件径轴向轧制成形仿真模拟与实验

目前,国内对Φ5m以上超大型环件轧制技术与装备的研究几乎是空白,该文在自主研制的最大轧制Φ9m的RAM9000大型数控径轴向轧环机上,开展了大型风电设备用Φ9m风塔法兰环件轧制成形工艺模拟与实验研究。基于环件轧制工艺设计理论并结合生产实践经验,设计了Φ9m超大型环件轧制工艺参数;针对超大型环件轧制变形特点,提出了一种新的进给规范。运用ABAQUS有限元模拟软件进行轧制成形仿真模拟分析,并以仿真模拟结果为指导,在RAM9000数控径轴向轧环机上成功轧制成形了Φ9m风塔法兰环件。为推进我国超大型环件轧制技术开发与应用奠定了重要基础。     

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。     

基于ANSYS的热轧工作辊温度场的有限元分析

根据宝钢1880热轧工作辊实际的边界条件,利用有限元软件ANSYS建立了热轧工作辊的二维温度场有限元模型,通过将模拟结果与现场下机后工作辊表面温度实测数据的比较,验证了模型的可靠性。在此基础上,研究了工作辊表层温度及中心温度的变化过程,模拟结果表明,轧辊旋转一周的过程中,辊面的最高温度可达525℃;每块带钢轧制过程中,辊面的最高温度在轧辊旋转6～8周之后不再增加;整个轧制过程中轧辊中心温度基本保持上升趋势。通过修正现场热凸度补偿模型参数,提高了带钢板形质量,降低了产品的封锁率。     

Analytical model for prediction of deformed shape in three-roll rolling process

In process design of bar rolling, accurate prediction of deformed shape of the rolled workpiece is important in determining the total number of passes. Thus, development of an approximate analytical model for predicting an accurate rolled shape with less computation time will be beneficial for practical purpose. In the present study, such a model for the three-roll system with multi-passes was developed by deriving spread and geometrical configuration formulae from the finite element (FE) analysis results of a seven-passes sequence rolling. In FE simulations, process parameters such as the initial workpiece geometry and the amount of roll draft and roll speed were varied. By comparing spread ratios of FE simulation results three representative geometry changes (round–curved hexagonal, curved hexagonal–hexagonal, and hexagonal–hexagonal) were identified. For each representative geometry change those two formulae were determined in the present investigation. The formulae determined were further applied to a three-roll process with four-passes sequence. The final workpiece geometry predicted based on the model developed was found to be in good agreement with experimental and FE simulation results. Thus, the analytical model developed in the current approach can be effectively used in the design of multi-pass three-roll rolling processes.     

凸轮轴楔横轧成形仿真与应力应变分析

提出了一种凸轮轴楔横轧成形新工艺,得出了楔横轧成形凸轮轴轧辊的辊形曲线和轧齐曲线.利用三维有限元软件DEFORM-3D对凸轮轴成形进行了数值模拟,在模拟轧制过程中,轧辊楔面排料的同时轧件上的凸轮轮廓也被轧辊上的凸轮凹槽逐渐轧制生成,并且逐渐被轧齐,得出轧件应力、应变场在凸轮顶端和芯部较小,在与轧辊楔面接触处最大,呈非对称分布的特点.模拟结果表明,用楔横轧工艺轧制凸轮轴是完全可行的.