高性能环件辗轧成形智能仿真优化新思路与研究进展

面对环件辗轧成形过程有限元计算效率极低和成形成性难以一体化调控的挑战,提出了环件辗轧智能建模仿真优化的新思路和新方法。该方法能在有限元计算过程中,实现各轧辊运动的实时协调匹配和基于目标驱动的自动调控,只需要一次有限元计算就可直接获得满足控制量(环件长大速度、轧制力、温度、组织性能等)目标要求的环轧工艺路径;简介了超大型铝合金环件(10 m级)双向辗轧智能建模仿真、超大型筒节环件轧制智能建模仿真、基于力控的大型铝合金环件(5 m级)双向辗轧工艺路径智能仿真优化、基于温控的铸坯环件双向辗轧工艺路径智能仿真优化4个方面的最新研究进展。     

芯轴摩擦系数对推压-拉拔复合缩径的影响

推压-拉拔复合缩径工艺是管坯减径的新方法,芯轴外表面与管坯内表面之间摩擦系数对工艺有重要的影响。通过建立推压-拉拔复合缩径变形过程中变形管坯的力学模型,分析了芯轴外表面与管坯内表面之间摩擦系数对成形的影响规律。针对某载重6.5 t胀压成形汽车桥壳管件的第一道次推压-拉拔复合缩径,设定不同的芯轴摩擦系数,进行了有限元仿真,得到了芯轴摩擦系数对管坯变形的影响规律,并基于管坯传力区不失稳以及变形所需凹模推力和芯轴拉拔力较小,给出了芯轴摩擦系数的设定范围。进行了缩径实验,实验和有限元模拟的结果接近。较小的芯轴摩擦系数可能造成管坯起皱失稳,而较大的芯轴摩擦系数,有利于降低管坯轴向压应力、凹模推力和芯轴拉拔力,但可能造成管坯表面划伤。     

粘钢加固钢筋混凝土箱型桥墩双向恢复力模型研究

考虑不同初始损伤程度、粘贴钢板厚度、轴压比和长细比等参数,设计制作了10个钢筋混凝土箱型截面桥墩缩尺模型,对其进行了粘钢加固后的双向拟静力试验。基于纤维截面的M-#x00424;关系计算了桥墩连续曲线式及三线式的双侧向力-墩顶位移骨架曲线,并理论结合试验数据给出了卸载刚度,结果表明理论计算的骨架曲线、滞回曲线与试验曲线较好的吻合,理论模型可以反映各重要参数对恢复力特性的影响,具有较好的通用性。最后基于理论模型进行了桥墩最大荷载及极限位移的影响参数分析。     

三辊楔横轧轧制空心轧件工艺参数对轧制力的影响规律

目的 研究分析5个工艺参数对轧制力的影响规律。方法 采用Deform软件建立三辊楔横轧轧制空轧件有限元模型,并对比模拟结果和实验检测结果中轧制力的变化规律,验证模拟结果的可靠性。利用正交实验法,全面系统分析各工艺参数对轧制力的影响规律。结果 轧制温度对轧制力的影响最大,其次是轧件轧后外径,然后是轧件内径,展宽角和成形角对轧制力的影响相对较小。结论 Deform软件模拟结果和实验中提取的轧制力曲线变化趋势基本一致,说明各工艺参数对轧制力的影响规律可靠。     

7055 高强铝合金大型环件轧制技术研究

目的获得7055高强铝合金大型整体构件。方法开展了7055高强铝合金大型环件轧制技术研究,制定了7055高强铝合金环件轧制温度、轧制压缩比等工艺参数,制备了轧制试验坯料,对轧制后的大型环件进行了固溶时效强化热处理,并分析了显微组织和力学性能。结果通过研究,最终获得了切向、径向、轴向三向的抗拉强度均高于580 MPa,伸长率均大于8%,尺寸规格为Φ2000 mm级的7055高强铝合金大型环件。结论成功获得了满足研制需求的7055高强铝合金大型整体构件。     

GH141合金环形锻件轧制工艺参数的研究

采用小环模拟的方式，研究了ＧＨ１４１合金轧制工艺参数中变形温度、变形程度对合金组织性能的影响，总结了ＧＨ１４１合金环形锻件的轧制工艺参数。     

内沟槽环件辗压成形工艺模拟研究

针对异形截面环件壁薄、断面形状较复杂的特点,可用辗压工艺成形内沟槽环件。利用有限元数值模拟技术,研究了辗压过程中金属变形流动特点、成形规律等,并分析了轧制孔型、摩擦因数、进给速度对成形效果的影响。结果表明:采用辗压成形内沟槽环件,工艺过程简单;轧制孔型、摩擦因数对成形效果影响较大。     

初始内压对内高压成形阶梯轴影响的实验研究

为了探索工艺参数对内高压成形工艺的影响,实验研究了阶梯轴内高压成形中初始内压参数的作用,给出了初始内压的计算公式,完成了不同初始内压情况下的工艺实验,并对起皱、折叠等缺陷的产生原因进行了分析.研究结果表明:内高压成形过程中管坯是在轴向压应力和环向拉应力的共同作用下发生变形;初始内压的选取可参照公式(1)进行估算;对于本文的三台阶阶梯轴,初始内压以30 MPa为合理,当该值低于20 MPa时将发生折叠失稳,而高于40 MPa时将引起成形件的破裂.     

中厚板轧制变形过程的温度场数值模拟

温度是中厚板轧制生产过程中一项重要的工艺参数。通过分析轧件轧制过程的传热关系,对中厚板的轧制过程进行了一定的简化,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对轧制过程的温度场进行了数值模拟,模拟结果与实际相符,为生产轧制过程和工艺参数优化提供了重要的参考依据。     

工艺参数对楔横轧42CrMo/Q235复合材料层合轴厚径比的影响

借助ANSYS/LS-DYNA软件,建立楔横轧层合轴有限元模型,根据四因素三水平的正交实验进行部分厚径比轧制实验。通过有限元数值模拟,分析工艺参数成形角、展宽角、断面收缩率和轧制温度对厚径比的影响规律。结果表明:轧制实验结果和有限元模拟的结果相符合,有限元模型可以用来预测厚径比。厚径比随着展宽角的增大先迅速下降,后缓慢下降;随着轧制温度的增大先增加,后缓慢增加;随着断面收缩率的增大先缓慢增加,后趋于平缓;随着成形角的增大变化不明显。对厚径比的影响主次为:展宽角、轧制温度、断面收缩率、成形角。研究结果有助于指导层合轴覆材厚度和基材半径尺寸的调控与设计。     

不同轧辊尺寸下40Cr/Q345双金属环件成形过程有限元分析

目的 研究不同轧辊尺寸对40Cr/Q345双金属复合环件热辗扩成形过程的影响规律,并分析环件在辗扩变形过程中内、外层区域的协调变形机理,使辗扩完成后的双金属环件整体变形和温度分布趋于均匀。方法 基于ABAQUS有限元模拟软件,使用动态显式算法,建立双金属环件径-轴向轧制三维热-力耦合有限元模型,采用直径为70、90、110、130、150、170 mm的芯辊尺寸和直径为400、500、600、700、800 mm的驱动辊尺寸,分别研究两个主要的成形辊尺寸对双金属环件热辗扩成形过程的影响。结果 在研究的轧辊尺寸范围内,随着芯辊直径的减小,双金属环件整体温度分布趋于均匀,其变形均匀性明显提高,其中,环件外层40Cr金属塑性变形明显降低,内层Q345金属塑性变形显著升高;随着驱动辊直径的增大,环件整体温度分布均匀性有所降低,变形均匀性略有提高。结论 在双金属环件热辗扩成形过程中,较小的芯辊尺寸能够提高环件整体的温度分布均匀性,并能有效提高内层Q345金属的塑性变形程度,使环件整体变形更加均匀。较大的驱动辊尺寸会略微降低环件的温度分布均匀性,并通过改变内、外层金属的塑性变形程度使环件整体变形趋...     

异形环件多步辗扩模拟

目的采用多步辗扩工艺模型虚拟生产异形环件,研究环件多步辗扩过程中环件的成形规律,为实际生产提供工艺参数。方法利用Gleeble-3500D热模拟实验机对Q345E钢进行单道次热压缩实验,建立环件用钢的流变应力模型,在Simufact中建立大型锻坯外凹槽内台阶环件多步辗扩三维数值稳定辗扩模型,对环件辗扩过程进行数值模拟。结果在双件辗扩内台阶环件和外凹槽环件的过程中,在与成形辊的接触部位应变场呈现较大值,环件的温度分布从心部到外逐渐降低,环件的应变与温度分布极为不均匀,辗扩过程需要对芯辊分级降速。结论通过所建立的多步辗扩模型,可以利用矩形锻坯虚拟生产异形环件。     

三辊斜轧空心减径的辊形设计及实验验证

以三辊斜轧空心减径过程中辊形对轧制过程的影响规律为研究对象,对无缝钢管三辊斜轧空心减径过程进行分析研究,建立了辊型的数学模型.利用有限元软件分析辊形曲线对成形过程的影响,并在某三辊实验轧机上进行实验分析,将实验结果与有限元模拟结果进行对比和分析.结果表明,当减径量小于10 mm时,入口锥角为2.5°的辊型对应的轧件在接近均整变形区金属流动十分平缓和均匀,轧件前端面也从三角形截面逐步变为圆截面;当减径量在14 mm左右,采用入口锥角为3.5°的辊型时轧件的质量较好.     

An analytical model for the prediction of hot roll temperatures in a hot rolling process

Temperature variations in the hot roll during a hot rolling process were analysed by solving heat conduction equations for boundary conditions using an analytical method. The analysis was conducted in a steady‐state regime, taking into account the effects of process parameters such as the contact surface, roll velocity and various cooling boundary conditions. Assuming the periodicity of the process, the development of a solution in the Fourier series was employed to solve the governing equations. The temperature and its gradient distributions in the roll depth were analytically expressed according to the process parameters. The accuracy of the predicted results was examined through comparison with predictions presented in the literature (finite element solutions and measurements). Results showed that an increase in the rolling speed leads to a shorter contact time, which decreases the temperature field in the work‐roll.     

Numerische Berechnung des Verschleißes an der Dornwalze eines Ringwalzprozesses in Abhängigkeit prozessrelevanter Parameter

Ring rolling is a forming process for the production of seamless rings. The process is characterized by a complex interaction of the shaping rollers and the centering rollers. In the design of a ring rolling process, it is necessary that the rolling and pre‐ring geometry strategy, i.e. the speeds and feeds of the individual rollers to align such that the required final shape is achieved optimally. Using the finite element simulation before starting the production optimizations concerning the process can be performed and thereby the number of costly rolling samples be kept to a minimum. The objective of the work focuses on the finite element modeling of a ring rolling process and the numerical calculation of the wear at the mandrel caused of the variation of process‐related parameters.     

高温合金薄壁W截面密封环滚压成形壁厚变化研究

目的研究滚压成形过程中环件壁厚的变化规律。方法基于ABAQUS/Explicit平台建立了GH4169薄壁W截面密封环多道次滚压成形三维弹塑性有限元模型,分析了滚压成形过程中环件壁厚沿周向及轴向的变化情况以及工艺参数对环件壁厚变化的影响规律。在此基础上,进行与模拟条件一致的试验研究,并与模拟结果进行了对比分析。结果滚压成形过程,环件壁厚沿周向分布均匀而沿轴向分布不均匀;随着变形量增大,减薄带宽度增大;进给辊进给速度增大,环件壁厚不均匀性加剧;随着驱动辊转速、进给辊与环件间摩擦因数的增大,环件壁厚减薄呈减小趋势。结论环件滚压成形过程中,应合理分配各道次变形量,适宜的工艺参数为:驱动辊转速为2 rad/s,进给速度为0.2 mm/s,摩擦因数为0.1。     

ALE finite element formulation for ring rolling analysis

In this paper, a ring rolling process is analysed by the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) finite element method. Phenomena associated with the process, such as large deformations, elastoplastic material behaviour and the friction on the interface, are included in the analysis. Special modelling on driven, idle and guide rolls is given. Results which include the overall shape of the formed ring, the time histories of roll separating force and driving torque, the distribution of the normal pressure on the ring–roll interface as well as the distribution of effective stresses in the formed ring, are also presented.     

Role of Friction in Cold Ring Rolling

1. Introduction Cold ring rolling is a main technology used to manu- facture various precise seamless ring shape parts. It has been increasingly used in many industrial fields such as bearing, machine, automobile, petrochemicals, aeronau- tics, astronautics and atomic energy because of its many technical superiorities such as considerable saving in en- ergy and material cost, high quality, high efficiency, and low noise, etc. To research and develop advanced precise cold ring rolling technolog…     

铜包铝复合材料轧制变形过程模拟及轧制力计算公式

基于对铜包铝双金属复合材料轧制变形过程进行的有限元模拟,建立了双金属复合材料轧制变形分区模型,可分为弹性区、单材料塑性区、后滑区、揉轧区和前滑区.以铜的体积分数为变量,对不同铜含量的铜包铝复合材料的轧制过程进行模拟,在单一材料轧制力理论计算公式的基础上,提出了双金属复合材料轧制力的理论计算公式,通过对铜包铝复合材料轧制的试验和不同压下率下的铜包铝双金属复合材料轧制成形的有限元模拟,对所推导出的轧制力公式进行了验证.     

大型盘件辗轧工艺及坯料设计

合理的毛坯尺寸设计是获得精确的盘件尺寸和良好的性能的关键.本文进行了盘件辗轧试验,并根据体积不变原理和变形协调理论提出了一种非矩形截面盘件辗轧用毛坯的设计方法,给出了毛坯尺寸计算公式.试验表明辗轧出的盘件尺寸合格,坯料设计是其中的关键.根据毛坯设计方法通过对燃气轮机压气机盘进行实例设计计算,表明与辗轧成功试验用坯料相吻合,证明了本文设计方法是适用的.