TLJ400型连续挤压机主轴系统研究

论文摘要

采用连续挤压法进行铜材生产加工具有扩展比大、生产率高、节能效果强、质量好、成材率高等优点，目前已在中国迅速产业化，正在逐步取代传统的轧制方法。我国以大连交通大学为代表的连续挤压机设计制造技术已居世界领先水平。连续挤压机主轴系统部件为主要工作部件，其上主要零件如芯轴、挤压轮等零件容易在复杂的载荷作用下发生破坏，直接影响到连续挤压的生产效率和生产成本。另外随着设备研制的不断发展，对主轴系统各零件的强度要求也不断提高，这就要求对主轴系统进行深入、细致的研究。本文正是围绕这一问题，通过以下几个方面开展研究工作的：1．模拟的前期准备工作：对连续挤压机主轴系统的综合力能和热工况进行分析，通过理论推导和计算得到各机械载荷和各换热系数的数值，初步确定数值模拟的边界条件；建立主轴系统主要零件在不同温度下的材料性能数据库，以便更加准确的进行分析计算。2．建立主轴系统整体有限元模型，通过模拟分析，得到了主轴系统整体变形及应力分布规律。分析模拟结果得知，主轴系统中，挤压轮和芯轴是最为危险的工件，因此，又分别单独对这两个工件进行了分析计算。通过对主轴系统在不同预紧力作用下的分析，得到了主轴预紧力与液压螺母充压间隙之间的关系曲线；结合芯轴材料的许用应力，得到了在安全系数为2时，主轴系统的极限充压压力为260MPa。提出了以旋转的刚体代替坯料模拟坯料与挤压轮之间热传导的分析模型，通过对挤压轮温度场的动态模拟，得到了挤压轮上的温度场分布规律：轴向上中间高两端低，径向上外圆周高内圆周低，周向上随坯料的转动周期性的波动变化，轮槽表面最高温度为590℃左右，轮槽表面以下6mm处最高温度为230℃左右。通过热-机耦合分析得知，轮槽工作区温度高、应力大，轮槽变宽；非工作区温度相对较低、应力较小，轮槽变窄。3．进行现场测温实验，得到挤压轮上的实际工作温度数据，通过对三组实验数据的对比分析可知：挤压比越大，温度越高；温度随挤压轮的转动呈周期变化，挤压轮转速越高，温度值越高，且波动幅值越小。将实验结果与模拟结果进行对比，证实了计算机模拟的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 一 连续挤压技术的发展与应用
• 二 连续挤压法原理
• 三 课题来源及背景
• 四 课题意义及主要研究内容
• 第一章 基本理论
• 1.1 弹性力学基本理论
• 1.1.1 弹性力学的几个基本假设
• 1.1.2 弹性力学基本方程
• 1.1.3 弹性力学的一般原理
• 1.2 热力学基本理论
• 1.2.1 热传导基本理论
• 1.2.3 热应力的计算
• 本章小结
• 第二章有限元法及MSC.Marc软件简介
• 2.1 有限元法简介
• 2.1.1 有限元法的发展历史
• 2.1.2 有限元法基本原理
• 2.1.3 有限元法在现代机械工程中的应用
• 2.1.4 有限元法的发展前景
• 2.2 有限元分析软件—MSC.Marc
• 2.2.1 Marc软件简介
• 2.2.2 Marc对接触问题的分析方法
• 2.2.3 Marc中温度场分析和热应力分析的方法
• 2.2.4 Marc中的单位制度
• 本章小结
• 第三章 400型连续挤压机主轴系统综合工况分析
• 3.1 机械载荷分析
• l与σ_y）'>3.1.1 预紧力（σ_l与σ_y）
• 3.1.2 电机扭矩（M）计算
• 3.1.3 轮槽内压应力（P）与剪切应力（τ）计算
• 3.1.4 压实轮压下力（T）
• 3.2 热工况分析
• 3.2.1 坯料塑性变形以及坯料与导板接触摩擦所产生的热量。
• 3.2.2 工件表面与环境间的对流换热
• 3.2.4 工件与冷却水之间的对流换热
• 3.2.3 工件间的热传导
• 本章小结
• 第四章主轴系统整体模拟分析
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 单元类型的选择
• 4.1.2 几何模型的建立
• 4.1.3 材料模型的建立
• 4.1.4 接触设置
• 4.2 机械载荷共同作用分析
• 4.3.1 边界条件的施加
• 4.3.2 机械载荷作用下主轴系统的变形
• 4.3.2 机械载荷作用下的应力分布
• 4.3 主轴系统的预紧力分析
• 4.2.1 预紧力作用下的等效应力
• 4.2.2 主轴系统的极限充压压力
• 4.2.3 不同预紧力作用下的螺母充压间隙
• 本章小结
• 第五章 挤压轮模拟分析
• 5.1 温度场模拟及结果分析
• 5.1.1 分析模型的建立
• 5.1.2 温度场分析边界条件
• 5.1.3 温度场模拟结果及分析
• 5.2 热应力模拟及结果分析
• 5.2.1 热应力分析边界条件
• 5.2.2 热应力模拟结果分析
• 5.3 热—机耦合模拟及结果分析
• 5.3.1 边界条件
• 5.3.2 耦合场模拟结果分析
• 5.3.3 挤压轮的等效应力
• 5.4 机械载荷、温度载荷、热—机耦合三种情况的对比
• 5.4.1 挤压轮变形情况的比较
• 5.4.2 挤压轮等效应力的比较
• 本章小结
• 第六章温度场分析的实验验证
• 6.1 实验装置
• 6.2 测量结果与分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢