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。     

大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应研究

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。本文通过对比分析不同厚度和高度环坯条件下的环件变形状态,揭示了大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应。研究发现,较小的环件毛坯厚度和高度会改善大型环件径轴向轧制的锻透性,两者都有助于环件直径的增大和环件变形均匀性的提高,同时对于提高成形过程中环件截面的成形质量也有利。     

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。     

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。     

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。     

不同铸态42CrMo坯料尺寸下环件径轴向辗轧成形组织演变规律

基于铸坯的环件径轴向辗轧成形新技术面临的瓶颈问题,对坯料铸态组织的演变规律与合理控制进行研究。对某环件双向轧制,铸坯的尺寸将决定变形程度和径、轴向的变形量分配,从而对最终环件的组织起着至关重要的作用。该文基于ABAQUS平台,建立了42CrMo钢铸坯环件径轴向热辗轧宏微观耦合有限元模型;采用一种基于轧比K和径轴向变形量分配比tanα的坯料尺寸设计方法,针对同一环件的轧制过程,设计具有不同K和tanα值的不同尺寸的多个环坯,模拟不同铸态42CrMo坯料尺寸下环件径轴向辗轧过程组织的演变规律。结果表明,随着K值增大,环件动态再结晶程度增加,平均晶粒尺寸减小且分布逐渐均匀;随着tanα值增大,环件上下端面区域动态再结晶程度增大,平均晶粒尺寸减小,沿环件轴向平均晶粒尺寸分布逐渐不均匀,而内外表面区域动态再结晶程度减小,平均晶粒尺寸增大,沿环件径向平均晶粒尺寸分布逐渐均匀。     

超大型环件轧制理论与技术

为了保证重大装备在重载、变载、冲击、高温、低温、腐蚀、辐射等严酷工作条件下长期稳定服役,对超大型环件的组织状态和力学性能的要求不断提升。通过锻压成形制造高性能无缝超大型环件,成为国家重大装备极端制造发展的重大需求。为此,总结了我国对于直径Φ5~Φ10 m超大型金属环件径-轴向轧制成形技术装备产学研合作的研究实践进展,建立了超大型金属环件径-轴向轧制物理模型,揭示了超大型金属环件径-轴向轧制成形规律,确定了超大型金属环件径-轴向轧制的力学、运动学、材料学条件,攻克了超大型环件轧制关键技术,并且研制了超大型环件径-轴向轧制系列装备。通过近20年的研究与生产,形成了超大型环件轧制理论,开发了超大型金属环件径-轴向轧制成形成套技术,将我国建设成为国际先进的超大型环件自主开发基地,有力促进了我国重大装备的创新发展。     

大型环件轧制生产流程分析和下料体积计算

在大型环件轧制生产中,精确的下料体积和合理的工艺流程对提高大型环件产品的加工质量、材料利用率和生产效率,降低能源消耗、生产成本和劳动强度是十分重要的。本文对大型环件轧制生产工艺流程进行了系统分析,其中包括铸锭下料、铸锭加热、环件毛坯制作、环件毛坯二次加热、环件径轴向轧制、环件热处理、环件机械加工和环件成品检测;建立了大型环件轧制生产下料体积计算方法,其计算过程包括轧制成形环件体积计算、轧制环件毛坯体积计算、锻造成形环坯体积计算、锻造毛坯体积计算和下料体积计算。本文的研究成果提高了大型环件轧制生产下料体积计算精度和大型环件轧制生产工艺水平。     

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。     

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.     

异形环件径轴向近净轧制成形工艺与应用

异形环件径轴向近净轧制成形工艺对于成形异形环件具有显著优势,可直接成形出与目标环件形状尺寸相仿的异形环锻件,减少了大量材料与能源的浪费。本文以外台阶环件成形为例,采用基于理论分析．模拟实验与实际试制的方法来阐述该工艺的应用方法。这对于提高异形环件轧制效率、确保产品质量、节能节材等具有重大意义。     

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。     

7055铝合金大型筒环轧成形工艺研究

开展了7055铝合金大型筒的径-轴向环轧成形工艺研究,通过五段式轧制工艺曲线设计,成功轧制出直径2 m高度800 mm的筒件。轧制结果表明,环轧成形后筒的圆度与原始环坯的圆度和直径增长速率有关,减小原始环坯圆度、降低直径增长速率可以提高轧制后筒的圆度。固溶和时效处理后,对管材的组织和性能进行了检测和分析。结果表明,环轧变形使筒形件沿环向形成了条状纤维组织,而轴向截面组织基本呈等轴状分布,且内表面组织细化程度较外表面大;环向和轴向力学性能均能满足要求,两个方向强度指标相差不大,环向伸长率高于轴向。     

径轴向数控轧环机最大定心力控制方程研究

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的稳定性和环件圆度都有很大影响。本研究建立了径轴向轧制环件受力理论力学模型,推导了环件径轴向轧制过程中定心辊最大作用力计算公式,建立了定心辊驱动油缸力控制方程,结合之前所建立的定心辊位置控制方程,开发了径轴向数控轧环机定心辊位置控制加力保护的综合控制成套技术。本文的定心辊综合控制技术提高了我国径轴向数控轧环机的技术水平。     

42CrMo环件轧制成形的数值模拟与分析

在Deform-3D平台下建立环件径-轴向轧制的三维有限元模型,结合理论研究和实际试验对42CrMo环件的轧制成形过程进行数值模拟与分析,并研究其轧制过程中的变形规律及成形情况,为轧制生产合格环件提供合理工艺。结果显示:42CrMo环件轧制成形的模拟结果和理论研究吻合,大变形区为环件外圈,内径扩大速度大于外径;等效应变值外圈大于内圈,中心最小,最大等效应变处于轴向端面的棱角处;环件温度外圈高于内圈,中心最高,端面棱角处最低;材料损伤最严重的部位为轴向端面,最大损伤值为0.645。对模拟结果进行理论验证和实际试验验证,环件尺寸的模拟值和理论值误差在5%以内,试验结果和模拟结果接近。     

大型钛环的轧制

大型钛环过去一直采用自由锻工艺制造，余量大、生产效率低、易出缺陷。本文介绍了利用径轴向轧环机轧制钛环形件的轧制工艺。该工艺高效、节材、节能、环件精度高，具有很大的社会、经济效益。     

进给速度控制方法对铸环坯辗扩微观组织的影响

径轴向进给速度是铸环坯热辗扩成形中重要的工艺参数,直接影响环件的"成形"和"成性"质量。本文以铸态25Mn环坯为研究对象,基于Simufact.forming软件平台,对比分析和研究了两种不同的速度控制方法对成形环件微观组织质量的影响规律。研究结果表明:通过调整进给速度来控制整个辗扩过程和通过调整环件直径增长速度来控制辗扩进给量都能达到"成形"的要求,但后者在改善铸态材料的微观组织、细化晶粒尺寸等"成性"方面比前者具有更加明显的优势。该研究为基于铸环坯的铸辗复合成形工艺中进给速度的控制方法提供了一定的理论指导。     

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。     

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。