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。     

油气输送管道法兰环复合轧制过程几何尺寸精度控制方法

随着我国能源装备工程建设的加速推进,对大型石油天然气管道接头、双边法兰和高压阀体环件的需求增多,复合轧环工艺是成形此类环件的新技术。针对当前油气输送管道用法兰环成形精度低、环件尺寸公差大的现状,研究了环件几何尺寸公差与毛坯允许质量误差之间的关系,提出了此类环件复合轧制过程尺寸精度控制方法,建立了相应的轧辊位置修正数学模型,并选用两组不同质量的毛坯进行复合轧环实验来验证该几何尺寸精度控制方法。结果表明,实验得到的成形环件尺寸与数学模型计算的理论值接近,研究结论对于优质油气输送管道法兰环的精密轧制生产具有实际指导意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

双驱动轧制成形对5A02铝合金环件应变及组织分布的影响

为了改善轧制环件的应变分布、提高环件组织性能,提出环件双驱动轧制成形工艺方法。以5A02铝合金环件为研究对象,通过有限元分析方法对环件双驱动轧制过程进行研究,重点分析了不同的芯辊转速对环件轧制力能参数、等效应变分布以及成形精度等的影响规律。结果表明,双驱动轧制成形相比常规环件轧制工艺,环件沿径向等效应变分布的均匀性提高了50%,且轧制过程中环件的形状精度保持性好,有利于改善环件的组织分布均匀性,提高轧制环件的综合力学性能。根据仿真计算结果,制定较优的环件双驱动轧制工艺方案,并进行环件轧制试验和显微组织分析,双驱动轧制环件内部枝晶相均匀分布且细小,弥散质点分布均匀,验证了该工艺方案的有效性。     

大型风电轴承环成形方法探索

轴承是风电设备的核心部件,具有高可靠性长寿命要求,轴承环是风电轴承的重要部分。本文针对实际生产中风电轴承环出现的椭圆、壁厚不均、锥度、直径不扩大等缺陷,结合其当前的加工方法环件轧制,提出轧制与胀形复合技术相结合的成形新方法。并详细分析了大型环件成形工艺、胀形成形工艺和风电轴承环胀形成形可行性。     

超大厚壁法兰锻件成形工艺的研发

针对超大厚壁法兰成形困难问题,用锻造模拟软件Forge对φ5350mm×φ3750mm×200mm环件进行了径轴向轧制有限元分析,给出了工件辗环之前环坯的最佳尺寸。采用开坯+辗环+芯轴拔长+局部镦粗+马架扩孔+粗车+辗环成形工艺,最终生产出了符合要求的产品,解决了超大厚壁法兰轧制成形困难的问题。     

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。     

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。     

Investigation of rolls size effects on hot ring rolling process by coupled thermo-mechanical 3D-FEA

Hot ring rolling is a significant branch of ring rolling characterized by high nonlinearity, 3D deformation, continuously progressive forming, unsteady-state, asymmetry, etc. with coupled thermo-mechanical behaviors which have significant effects on the deformation behavior, microstructure and mechanical properties of the ring. Changing the sizes of forming rolls including mandrel and driver rolls will considerably affect the roll gap deformation zone which is in close relation to the feed amount of both forming rolls and thus affects forming quality of the ring as well as power parameters. In this study, a reliable coupled thermo-mechanical and 3D rigid-plastic finite-element (FE) model for hot rolling of large rings is established. Then, based on the stable forming condition of the ring rolling process and comprehensive numerical simulations, the size effects of forming rolls on strain and temperature distributions and their uniformity, stress distribution, side spread and power parameters were investigated by 3D coupled thermo-mechanical FE simulation. The results show that there are optimum sizes of mandrel and driver rolls under which the strain and temperature distributions of ring and thus its microstructure are the most uniform where fishtail coefficient and power parameters have reasonable values. The achievements obtained can not only serve as a guide to the design of rolls sizes, optimization and quality control of the hot ring rolling process, but also clarify the plastic deformation and heat transferring of hot rolling of large rectangular-section rings.     

环件轧制过程三维动态数值模拟

由于环件轧制受到静力学、运动学和动力学因素的影响,使得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。本文基于通用动力显式有限元软Ansys/LS dyna建立了RAW200/160-5型径轴向轧环机的三维仿真模型,对某矩形截面环件进行了虚拟轧制,结果显示了环件扩展和缺陷生成的动态过程以及应力、应变和位移云图。仿真结果表明,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的意义。     

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。     

环件轧制过程的显式有限元模拟分析

用于金属成形模拟的有限元方程的求解方法 ,主要有隐式和显式积分两种方法。对于复杂的三维变形分析 ,如环件轧制 ,隐式方法需要很长的运行时间。而利用显式方法 ,可以达到很好的效果。本文利用Abaqus /Ex plicit通用有限元程序对径向环轧进行了模拟。     

环件铸辗复合成形工艺中毛坯尺寸的确定方法

毛坯尺寸设计作为大型环件径轴向辗扩工艺中的重要环节,直接影响着辗扩过程的稳定实现及工件的成形质量.本文对环件铸辗复合成形新工艺中毛坯尺寸的确定进行了研究,获得了辗扩比、毛坯内径分别与环件锻件内径的关系;结果表明：通过给定任一环件尺寸,该方法能快速而准确地获得辗扩比的值和毛坯内径的值,具有设计效率高、准确可靠的优点,在适用于大型特大型环件的生产方面优势明显;同时,本文的设计方法为环件铸辗复合成形新工艺中辗扩过程的稳定实现及辗扩工艺参数的优化设计提供了科学合理的依据.     

FE simulation and experimental research on cylindrical ring rolling

During the conventional ring rolling process, the ring mainly produces the incremental deformation of wall-thickness reduction and diameter expansion, which makes it difficult to manufacture the cylindrical ring with small diameter and large height. In this paper, a new method for manufacturing the cylindrical ring using a ring blank with smaller height, i.e. cylindrical ring rolling, is proposed and its feasibility is verified. For evaluating the cylindrical ring rolling process and to better understanding its deformation characteristics, a 3D elastic–plastic FE model of cylindrical ring rolling is first established. Then, the comparison between conventional ring rolling and cylindrical ring rolling is investigated using this 3D FE model. Finally, the effects of the process parameters, such as the feed rate of the idle roll, diameter of the idle roll and friction coefficient between the rolls and ring, on cylindrical ring rolling are numerically revealed. The experiment is carried out on a vertical NC ring rolling machine and the good agreements between the experimental and simulation results verify the validity of the established 3D FE model of the cylindrical ring rolling.