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。     

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。     

初轧温度对环件径轴向轧制成形影响的模拟研究

基于Deform软件建立了GCr15环件径轴向轧制过程的仿真模型.对环件在不同初轧温度下的轧制过程进行仿真模拟,得到环件的温度及温度分布均匀性变化,并进行分析处理作为后续研究依据.对不同初轧温度下轧制仿真得到的环件进行表面均匀取点,从而得到环件的整体外形尺寸准确性及均匀性,分析了环件的晶粒尺寸及其分布均匀性变化,研究了...     

环件轧制有限元仿真过程中数控模型的开发及实现

环件轧制被广泛应用于生产无缝环件,目前基于有限元数值模拟环件轧制成形过程成为研究的热点。然而一般有限元软件不能求解含未知变量问题,这也使得如何在环件轧制有限元模型中模拟实时变化的复杂轧辊运动成为研究的难点。为此,本文首先分析了这些难点并给出了解决方案,然后基于通用有限元软件ANSYS／LS—DYNA,建立了RAW200／160—5型大型数控径轴向轧环机的三维仿真有限元模型,对某大型矩形截面环件进行了一个生产周期的虚拟轧制。仿真结果动态显示了环件实时扩展过程以及环件应力和位移云图,得到抱辊和锥辊在整个轧制过程中随着时间变化的位移曲线图,结果与实际生产过程吻合。从而验证了该数值模拟方法的有效性,可用来指导环件轧制实际生产。     

基于锻坯的大型内台阶环件双件轧制

利用Gleeble-3500D热模拟实验机对Q345E钢进行单道次热压缩实验,建立起环件用钢的流变应力模型,在有限元模拟软件SIMUFACT中建立起大型锻坯内台阶环件双件轧制三维数值仿真模型,对大型内台阶环件一个生产周期内的环件轧制过程进行了数值模拟,并对其可靠性进行了实验验证,研究了环件热轧过程中环件不同部位的等效应变场、温度场、辗扩力以及金属流动特性的规律。结果表明:轧制过程中环件的应变分布规律为,驱动辊、芯辊与环件台阶高度的应变、环件的棱角区的应变要明显大于环件其他部位的应变,且越靠近这些部位的应变越大,反映出整个环件轧制过程中变形区由成形辊与环件接触面部位和棱角处向环件内部逐渐扩展;环件的高温区域越来越来窄,且向环件内部集中,环件内部的温度要远远高于驱动辊和芯辊与环件接触部位的温度;轧制力与轧制力矩的变化规律为先增大后保持在一定范围内波动,最后逐渐下降。     

孔型对环件轧制过程稳定性影响

在环件轧制过程中,孔型是环件轧制的重要工艺参数之一.通过设置不同孔型,使用有限元软件ABAQUS进行模拟,研究不同孔型条件下轧制力、轧制力矩与时间的关系,从而研究其具体影响.结果表明:孔型对环件轧制过程稳定性也具有重要影响,环件轧制时梯形截面孔型比矩形截面孔型对轧制过程稳定性更有利.     

304不锈钢大型环件细晶轧制实验

304不锈钢大型环件在核电、石油化工等领域有着广泛应用。作为一种高合金钢材料,304不锈钢热变形温度范围窄、变形抗力大,采用常规环件轧制工艺生产此类大型环件,常出现粗晶现象,导致探伤不合格,产品废品率高。文章以某核电用304不锈钢大型环件为对象,对其细晶轧制方法进行实验研究,通过综合分析304不锈钢材料高温变形特性和轧制过程中的热、力变化规律,在常规轧制工艺基础上,对制坯工艺和轧制过程控制进行了优化,基于优化的工艺,通过轧制实验成功获得了晶粒细小,且满足要求的轧制环件。研究结果为304不锈钢大型环件生产提供了一种有效的轧制工艺方法,并为高合金钢大型环件轧制生产工艺设计提供指导。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

径-轴双向环轧工艺的研究进展

回顾了环件径-轴双向轧制锻透条件、咬入条件、刚度条件等相关理论研究进展，分析了工艺参数对轧制过程的影响及其确定准则，在此基础上引入轧制曲线的概念，并给出了径-轴双向环轧轧制曲线的设计原则，还探讨了在利用有限元方法模拟轧制过程、优化轧制工艺参数时存在的问题，并给出了对数值模型进行控制和处理的有效方法。     

大型辗环机抱辊系统力学性能分析

本文对某大型辗环机抱辊系统的力学性能进行了分析,建立了不同轧制情况下,抱辊力、抱辊系统中各机构所承受载荷随环件变化的理论方程。在此基础上,对辗环机抱辊系统的力学性能进行数值仿真分析,得到不同轧制过程中,抱辊力、抱辊系统各机构所受载荷随环件直径变化的趋势,为抱辊系统设计和环件轧制工艺参数的选择奠定了基础。