冷辗扩机圆度辊随动约束力与随动位置分析

为保证环件圆度、提高环件精度,必须对冷辗扩机圆度辊进行力和位置的实时控制与调节,这是冷辗扩工艺控制中的一个难点。根据冷辗扩原理,分析了冷辗扩过程中圆度辊的随动约束力和随动位置与轧制力及环件瞬时外圆半径的关系,得到了一个数学模型,为圆度辊机构的设计和控制提供了理论依据。     

环轧机形位辊系统动力学分析

首先分析了环件轧制过程中环件的数学模型。通过对环件的受力分析,确定了形位辊抱辊力计算公式以及极值范围,对环轧机形位辊系统中各构件受力情况进行了分析,得出形位辊油缸的推力公式,对轧环机的设计以及控制方法提供了理论依据和参考标准。     

辗环过程动力有限元分析中的抱辊约束

在辗环过程中，抱辗起着稳定轧制过程，使环件中心始终保持在主辊与压力辊的中心连线上，并起到矫正环件不圆度的作用。本文采用动力有限元分析方法模拟辗环过程，提出了抱辊约束的施加方法，推导了用惩罚法施加抱辊约束的详细公式，对比了有抱辊约束和无抱辊的约束的有限元计算结果。     

辗环过程动力有限元分析中的抱辊约束

在辗环过程中，抱辊起着稳定轧制过程，使环件中心始终保持在主辊与压力辊的中心连线上，并起到矫正环件不圆度的作用。本文采用动力有限元分析方法模拟辗环过程，提出了抱辊约束的施加方法，推导了用惩罚法施加抱辊约束的详细公式，对比了有抱辊约束和无抱辊约束的有限元计算结果。     

TC4钛合金锥形环辗轧坯料仿真优化设计

TC4钛合金锥形环辗轧坯料对成形环件的几何(圆度、壁厚均匀性)、温度与应变分布等具有重要影响。该文针对TC4钛合金锥形环件热辗轧过程设计了"芯辊基准型"和"驱动辊基准型"两种不等壁厚锥形环坯,对传统"等壁厚型"锥形环坯进行优化;采用基于ABAQUS软件平台的建模仿真方法,模拟并揭示了辗轧过程中轧制力、成形环件圆度、壁厚均匀性及温度与应变场对3种不同环坯的响应规律。结果表明,"芯辊基准型"和"驱动辊基准型"两种锥形环坯下,辗轧过程中的轧制力较"等壁厚型"锥形环坯下的轧制力小;"芯辊基准型"、"驱动辊基准型"和"等壁厚型"锥形环坯下,成形环件表面质量、圆度、壁厚均匀性及温度分布均匀性依次变差,但应变分布均匀性依次变好。综合考虑,"芯辊基准型"锥形环坯更适合于该文TC4钛合金锥形环辗轧过程。     

环件轧制过程抱辊力差值的分析

介绍了一种新型立式辗环机双辊弧线运动模式,对主轧制阶段进行了受力分析。结果表明:在轧制过程中,两侧抱辊压力的数值不相同,存在一个压力差,导致产生这一差值的因素是主辊和芯辊共同作用产生的横向作用力以及由于不良环坯引起的轧制过程窜动。并用生产过程轧制参数进行验证,发现壁厚一侧抱辊的压力比另一侧大0.2MPa左右。     

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。     

辗环机定心辊受力分析及其设计中的几个问题

辗环机定心辊受力分析及其设计中的几个问题２５００２２机械部济南铸锻机械研究所谭和滋辗环机的定心辊在环件轧制过程中起着重要的作用，为了更好地设计辗环机和正确地编制轧制工艺过程中定心辊的力能参数，有必要对它的受力情况及对环件精度的影响进行仔细研究。辗环工...     

径向辗环的力能参数的计算

研究了径向辗环的力能参数的计算方法。认为径向辗环是一种特殊的压力轧制，用上限理论导出了径向辗压力的计算公式；根据塑性变形中移位体积所消耗的能量导出了辗环扭矩的计算公式；用摩擦圆代换法导出了型槽侧面摩擦力矩的计算公式；以环件变形扩大产生塑性铰链的理论，导出了压力辊（抱辊）力矩；在综合分析各基力矩的基础上，给出了径向辗环电机功率的计算方法，并进行了实例计算，和实测值进行了比较。     

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.     

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。     

大型环件轧制时偏心现象研究

针对在轧制过程中因环件的圆度误差超差而导致产品报废的问题,本文在环件轧制原理的基础上,从几何角度和力学角度详细地讨论了环件轧制偏心现象的原因,并针对这些原因,提出了加长抱辊的支撑杆,加大抱辊和环件之间的摩擦力,适当增大抱辊的直径或减小主辊直径的措施,取得了明显的效果。     

摩擦对高温合金复杂截面圆环多道次滚压成形不均匀变形作用

在高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形过程中,板料要经历多场多因素偶合作用下复杂的不均匀塑性变形和组织演化历程,特别是不均匀塑性变形通常是导致薄壁件成形起皱、椭圆和开裂等缺陷产生的主要因素。摩擦是描述环件与辊轮接触作用的主要参数,很大程度上决定着该环件多道次滚压成形过程中塑性变形的不均匀性,严重的影响着其滚压成形质量。为此,本文以有限元仿真为主并结合实验和理论方法,对高温合金GH4169薄壁w形圆环多道次滚压成形进行了系统的分析;进而提出了不均匀变形度的表征方法,研究获得了摩擦对高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形不均匀变形的影响规律。结果表明：随着滚压成形的进行等效应力极值逐渐增大,且从动辊进给时环件弯曲部分材料变形量较大;随着驱动、从动辊与环件之间摩擦系数的增加,不均匀变形程度先减小,后逐渐增大;导向辊与环件之间的摩擦对不均匀变形度的影响不大。     

错位环轧工艺

错位环轧工艺是在环件外周的适当位置安置两个辗压轮,同时在环件内孔的两辗压轮与环件接触处之间的近中部位置错位安置一个芯辊,外周的大辗压轮由电动机拖动旋转,它带动环件、芯辊和小辗压轮旋转,构成环轧,外周的两个辗压轮和内孔中的芯辊,在径向发生相向连续的进给运动的过程中,保持内外三个轧辊的错位状态,在此状态下,它们的径向压力难以穿透环件的壁厚,环件壁厚处于未锻透的状态,在轧制过程中,环件的断面面积变化不大,在咬入条件满足时,环件外周及内孔表面的局部连续受压,迫使环件外周表层金属发生轴向流动变形,去充填模具型腔,形成与模具型腔相对应的较复杂的断面形状。     

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.     

环件轧制模拟中导向辊的定位研究

在环件轧制过程中,导向辊起着稳定轧制过程并对环件归圆的作用.本文根据轧制中体积不变条件和轧制过程中环坯轮廓为阿基米德螺线的假设,推导出了导向辊运动轨迹和速度的估算公式,并将之应用于不同环坯轧制过程模拟中导向辊的定位.结果表明:利用估算公式对导向辊定位,可使轧制过程稳定,以实现模拟,从而指导实际生产.     

42CrMo铸坯环件热辗扩有限元模拟与分析

基于ABAQUS软件平台,建立了42CrMo大型环形铸坯热辗扩三维热力耦合有限元模型,模拟了铸坯热辗扩过程中应变场和温度场,研究了初始辗扩温度对辗扩力的影响规律.模拟结果表明在环形铸坯热辗扩过程中：①铸坯等效应变呈阶梯状上升,内外表面应变大于中间层应变;在稳定成形阶段,沿环件径向方向,由于导向辊与芯辊直径差异,导致环件最大平均等效应变可能出现在环件内表面也可能出现在环件外表面;②初始阶段,变形区与成形辊接触处温度降低较快,非变形区温度变化不是很明显;随着辗扩的进行,芯部温度逐渐上升,边缘温度低,温度分布不均匀;③随着铸坯初始辗扩温度升高,平均辗扩力明显下降,但随时间变化趋势保持一致.     

环件开式辗扩力和力矩计算

用上限法分析了环件开式辗扩变形，导出了辗扩力和力矩计算公式，阐述了辗扩力和力矩与辗扩进给速度的关系。根据环件辗扩实验结果，对文中的辗扩力和力矩计算公式进行了验证。     

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。