冷拔钢丝扭转性能的研究

论文摘要

随着钢丝制品行业的快速发展,钢丝韧性性能越来越受到人们的关注。扭转性能是钢丝的重要机械性能指标之一,用以表征材料的韧性性能。对扭转性能的研究是提高钢丝综合力学性能的关键。本文以冷拔钢丝为研究对象,主要研究内容如下:首先,分析钢丝扭转变形机理、异常断口、材料组织结构、表面质量及残余应力测量。通过宏观和微观综合分析,钢丝表面轴向残余应力值过大是影响钢丝扭转性能降低的主要因素。其次,根据有限元理论,建立钢丝拉拔的三维模型,在实际生产的条件下采用物理测量验证有限元模型可靠性。分析金属的流动特点及钢丝残余应力的分布规律。最后,引入混合优化方法,利用有限元模拟和神经网络建立正确的描述拉拔参数与钢丝表面轴向残余应力关系的映射模型,采用遗传算法进行优化设计,优化钢丝拉拔过程参数。通过对冷拔钢丝扭转性能研究,混合优化后钢丝表面的轴向残余应力降低67.6%,优化效果明显。使钢丝表面的裂纹不易在轴向应力下扩展破坏,因此提高了冷拔钢丝的扭转性能,保证钢丝的综合力学性能,为同类问题的解决提供了借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 钢丝行业现状及发展趋势
• 1.1.1 钢丝行业生产现状
• 1.1.2 钢丝行业发展趋势
• 1.2 钢丝扭转性能国内外研究现状
• 1.2.1 盘条质量对扭转性能的影响
• 1.2.2 拉拔工艺对扭转性能的影响
• 1.2.3 试验对扭转性能的影响
• 1.2.4 残余应力对扭转性能的影响
• 1.3 本课题研究意义和主要研究内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究主要内容
• 第二章 扭转性能研究方案
• 2.1 研究方案
• 2.2 试验材料及主要设备
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 主要设备
• 2.3 钢丝拉拔生产
• 2.3.1 钢丝拉拔工艺
• 2.3.2 钢丝铅浴淬火热处理
• 2.4 扭转性能测试
• 2.4.1 扭转试样
• 2.4.2 试验程序
• 2.5 扭转性能分析方法
• 2.5.1 断口分析
• 2.5.2 微观组织分析
• 2.5.3 X 射线衍射应力测量
• 第三章 钢丝扭转性能分析
• 3.1 扭转变形分析及试验结果
• 3.1.1 扭转时应力状态
• 3.1.2 扭转时弹塑性变形
• 3.1.3 扭转试验结果
• 3.2 断口分析
• 3.2.1 平断断口
• 3.2.2 复合断口
• 3.3 微观组织分析
• 3.3.1 组织特征
• 3.3.2 渗碳体形态分布
• 3.4 表面质量分析
• 3.5 表面残余应力
• 3.5.1 残余应力产生机理
• 3.5.2 表面轴向残余应力测量
• 第四章 钢丝冷拔有限元模型
• 4.1 弹塑性有限元法基本理论
• 4.1.1 弹塑性有限元法本构关系
• 4.1.2 弹塑性有限元方程
• 4.2 有限元分析模型的建立
• 4.2.1 三维有限元模型
• 4.2.2 有限元模型的验证
• 4.3 FEM 模拟分析
• 4.3.1 变形区金属流动特点
• 4.3.2 拉丝模具的等效应力
• 4.3.3 钢丝的残余应力
• 第五章 钢丝拉拔过程优化
• 5.1 优化模型
• 5.1.1 变量的设计
• 5.1.2 目标函数
• 5.2 试验方案设计
• 5.2.1 正交表的设计
• 5.2.2 正交试验模拟结果
• 5.2.3 钢丝拉拔正交试验极差分析
• 5.2.4 各因素对试验结果的影响
• 5.3 人工神经网络
• 5.3.1 网络样本的准备
• 5.3.2 BP 神经网络建模
• 5.4 遗传算法优化
• 5.4.1 构造适应度函数
• 5.4.2 寻优实现
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文