基于数值模拟的细径钽丝轧制孔型设计与应用

论文摘要

钽是一种高熔点稀有金属,具有强度高、塑性好、抗腐蚀、单极导电等优良特性,多以钽粉或钽丝的形式用于制造高质量的钽电容器。而钽丝通常需要经过轧制、旋锻及拉丝等工序才能获得,工人劳动强度大、生产效率低且质量不稳定。针对这个问题本课题采用轧制法代替传统的旋锻,达到提高生产效率,降低生产成本及保证产品质量的目的。为此,本课题在进行轧制变形理论及工艺研究的基础上,结合生产现场的具体情况,设计了一套六角—六角—椭圆一圆孔型系统,用于轧制细径钽丝。同时借助于三维大变形弹塑性有限元,对钽丝在不同孔型中的轧制过程进行了数值模拟,获得了关于轧制过程的各种信息,并探讨了一些主要的工艺参数对轧制过程的影响,在此基础上对设计的孔型进行了修正和优化。为了实际检验设计的孔型是否合理,本课题自行设计制造了一套轧制试验装置,用于对修正和优化后的孔型进行实轧检验。试验结果表明,本课题开发的孔型系统和试验装置合理可行,能够将钽丝由φ5mm顺利轧制到φ2mm。此外,为了将开发的孔型系统尽快应用于实际生产,本课题还针对生产现场的实际情况,设计制造了一套具有足够多自由度的滑动导卫装置,可以在不改动原轧机的情况下,仅通过调整导卫装置就能够将钽丝顺利导入和引出轧辊。生产现场的试轧表明该导卫装置及孔型系统基本上能够满足生产的需要。

论文目录

• 摘 要
• ABSTRACT
• 主要符号表
• 第一章 绪 论
• 1.1 引言
• 1.2 钽粉和钽丝国内外的发展现状
• 1.3 导卫装置的研究现状
• 1.4 有限元数值模拟在轧制过程中的应用与研究进展
• 1.5 选题的背景、目的和意义
• 1.6 主要研究内容
• 第二章 有限变形弹塑性有限元的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 有限变形弹塑性有限元法
• 2.2.1 有限变形问题应力应变的描述
• 2.2.2 有限变形弹塑性本构方程
• 2.2.3 有限变形问题的虚功（率）方程
• 2.2.4 有限变形有限元方程
• 2.3 非线性有限元的求解
• 2.3.1 非线性方程组的求解方法
• 2.3.2 收敛判据
• 第三章 钽丝冷轧过程的三维有限元模拟
• 3.1 引言
• 3.2 钽丝真实应力-应变曲线的测定
• 3.3 钽丝在六角孔型中的轧制过程
• 3.3.1 计算条件
• 3.3.2 模拟结果与分析
• 3.4 钽丝在椭圆孔型中的轧制过程
• 3.4.1 计算条件
• 3.4.2 模拟结果与分析
• 3.5 钽丝在圆孔型中的轧制过程
• 3.5.1 计算条件
• 3.5.2 模拟结果与分析
• 3.6 轧制工艺参数对宽展的影响
• 3.6.1 轧辊直径对宽展的影响
• 3.6.2 摩擦对宽展的影响
• 3.7 本章小结
• 第四章 钽丝冷轧孔型设计及工艺试验
• 4.1 孔型系统的设计
• 4.1.1 延伸系数及轧制道次的确定
• 4.1.2 孔型尺寸的确定
• 4.1.3 咬入条件的校核
• 4.2 轧制试验装置的设计
• 4.3 轧制力的确定
• 4.3.1 平均单位压力的计算
• 4.3.2 轧辊与轧件接触面积的计算
• 4.4 轧辊的变形分析
• 4.5 钽丝冷轧工艺试验
• 4.6 轧制缺陷分析与解决方法
• 4.7 小结
• 第五章 孔型系统在生产中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 导卫装置的设计
• 5.2.1 导卫装置的基本要求
• 5.2.2 导卫装置总体结构
• 5.2.3 导卫套的设计
• 5.2.4 轧辊孔型尺寸的修正
• 5.2.5 孔型轧辊的数控加工
• 5.3 小结
• 结 论
• 参考文献
• 致 谢
• 个人简历