高径对焊法兰精密辗扩工艺的计算机模拟优化

论文摘要

环形件是石油、冶金、造船、航空、航天、兵器以及核工业设备中的重要零件,有着非常广泛的应用领域。目前,环形件生产大多采用传统的模锻加工方法,材料利用率低,生产效率低,生产成本高。随着市场对环形件性能和成本要求的不断提高,传统的加工方法难以满足当前生产企业的要求,这就要求人们进行加工技术的改革。用精密辗环工艺来生产大型环形件,不仅具有节材、节能、成本低、效率高等显著的优势,而且可以提高工件的机械性能和使用寿命。但精密辗环工艺影响因素多,成型难度大,成型规律的研究比较薄弱。鉴于目前我国工业发展的现状,精密辗环工艺正日益受到研究人员的重视,成为当今塑性加工领域被广泛关注的课题。 本文的主要研究内容和结果如下: （1） 采用有限元数值分析方法,对高颈对焊法兰（国标JB/T4700-2000）的工艺过程进行了数值模拟分析。研究抱死发生与主动辊型腔形状之间的关系。分析了现行方案产生抱死的原因,对主动辊型腔做了一定的优化。优化后的主动辊型腔在辗扩过程中使坯料端面的变形特点发生了变化,这种变化消除因坯料局部尺寸变化而引起的抱死发生。 （2） 探讨了起偏的发生机理及其对精密辗扩件精度的影响。提出摩擦扭矩是引起起偏的主要原因。针对现行方案提出了两种的预制坯改进方案,并分别对其进行了数值模拟,分析比较了各方案的优缺点。在综合考虑了起偏控制、制坯难易程度、模具受力条件等因素后提出了高颈对焊法兰（国标JB/T4700-2000）精密辗环工艺优化后的预制坯设计方案。 （3） 研究了充满顺序和芯辊进给速度对精密辗扩件精度的影响,给出了轴向间隙和径向间隙的取值范围。文中分析研究了芯辊进给速度与每转压下量Δh和坯料外径长大速度之间的关系,得出芯辊进给速度是控制每转压下量和保证合理坯料外径长大速度的关键因素。并提出利用反向最小余量法优化了芯辊进给速度曲线,使外径长大速度合理、精密辗扩件的精度得以

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 辗环工艺的发展历史
• 1.1.2 辗环工艺研究现状
• 1.2 辗环工艺的工作原理、特点和应用
• 1.2.1 辗环工艺的工作原理
• 1.2.2 辗环工艺的特点
• 1.2.3 辗环的应用
• 1.3 精密辗环工艺存在的问题
• 1.4 本课题研究的意义
• 1.5 本课题研究的内容
• 1.5.1 抱死分析与主辊模具型腔的改进
• 1.5.2 起偏的控制
• 1.5.3 精密辗扩工艺变形规律的研究
• 第二章 三维刚塑性／刚粘塑性有限元基本理论及方法
• 2.1 引言
• 2.2 刚塑性／刚粘塑性有限元基本方程
• 2.2.1 刚塑性／刚粘塑性材料基本假设
• 2.2.2 塑性力学基本方程
• 2.3 刚塑性／刚粘塑性有限元变分原理
• 2.4 刚塑性／刚粘塑性有限元求解过程
• 2.5 有限元模拟系统分析
• 2.5.1 有限元模拟系统的组成
• 2.5.2 有限元模拟系统的发展过程
• 2.5.3 本文采用的有限元模拟系统
• 2.6 本章小结
• 第三章 精密辗环工艺参数的计算和有限元模型的建立
• 3.1 数值模拟分析平台的建立
• 3.2 工艺参数的计算
• 3.2.1 锻件图的计算
• 3.2.2 辗扩比K的选择原则
• 3.2.3 毛坯尺寸形状的选择
• 3.3 有限元模拟方案的总体构想
• 3.4 有限元模型的建立
• 3.5 本章小结
• 第四章 锻透、抱死的分析和主动辊型腔的改进
• 4.1 现有方案的模拟分析
• 4.2 抱死原因分析
• 4.3 主动辊型腔优化
• 4.4 本章小结
• 第五章 起偏原因数值模拟分析与预制坯设计方案的优化
• 5.1 起偏原因
• 5.2 预制坯方案的模拟优化
• 5.2.1 预改进方案及其优缺点
• 5.2.2 优化方案的选择与模拟结果
• 5.2.3 优化方案模拟结果分析
• 5.2.4 模拟结果原因分析
• 5.2.5 优化方案的确定
• 5.3 起偏对芯辊的影响
• 5.3.1 影响芯辊寿命的主要因素
• 5.3.2 芯辊应力分布
• 5.4 本章小结
• 第六章 精密辗扩工艺变形规律的研究
• 6.1 充满顺序研究
• 6.1.1 充满顺序对边形的影响
• 6.1.2 充满顺序的研究
• 6.2 预制坯间隙值对变形的影响
• 6.2.1 轴向间隙值的确定
• 6.2.2 径向间隙值的确定
• 6.3 芯辊进给速度对变形的影响及其优化
• 6.3.1 影响每转压下量△h的因素
• 6.3.2 反向最小余量法求解芯辊进给速度曲线
• 6.3.3 模拟优化芯辊进给速度曲线
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 硕士期间发表论文
• 学位论文评阅及答辩情况表