异形截面环件毛坯结构优化设计及轧制过程计算机仿真

论文摘要

本文针对环件轧制动态三维仿真的一些关键技术问题开展研究,建立了RAW200/160-5大型数控径轴向轧环机的整体有限元模型,实现了矩形截面环件、斜L形异形截面环件和两种不同孔型法兰环件轧制生产全过程的动态仿真,并与实际生产过程进行了比较,取得了许多创造性的研究成果。主要研究内容包括:（1）研究了环件轧制塑性成形金属流动规律,推导了金属材料的弹塑性本构关系,建立了采用差分积分方法求解微分方程的显式动力数值计算格式。（2）基于ANSYS/LSDYNA有限元软件建立了RAW200/160-5大型数控径轴向轧环机的整体有限元模型,开发了环件轧制过程的控制模块,详细研究和分析了计算仿真过程中的一些关键技术。（3）模拟了一个生产周期内矩形截面环件、斜L形异形截面环件和两种不同孔型法兰环件轧制生产全过程,实时观测环件在轧制过程中成形和缺陷生成的动态过程,绘制了不同时刻环件节点的位移、应力、应变、速度云图,结合计算结果对毛坯结构尺寸、主辊转速、芯辊进给、锥辊进给等各个轧制工艺进行了比较分析,指出了毛坯结构和轧制工艺对环件成形效果的影响,得到了不同截面环件轧制成形的优化毛坯结构参数和轧制工艺参数。（4）通过进一步研究,提出了环件轧制工艺优化算法的基本思路框架。考虑到大多数材料体积成形时,弹性变形量较小,可以将材料视为刚塑性体,因此基于DEFORM刚塑性有限元软件,对矩形截面环件进行了有限元数值模拟,通过对比检验弹塑性有限元方法的不足。（5）根据数值模拟结果,对采用RAW200/160-5大型数控径轴向轧环机轧制斜L形壳体零件的生产工艺进行了设计,并将实际生产过程与模拟结果进行了比较。本文基于通用有限元软件,开展了环件轧制动态三维过程的仿真技术研究,并通过不同截面环件的模拟和分析证实方法的有效性,以实现环件轧制毛坯结构参数和轧制工艺参数等的计算机辅助设计,这对于提升环件轧制技术水平,降低生产成本,提高产品质量,具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 环件轧制技术重要性及其发展概况
• 1.2 环件轧制技术的研究概况
• 1.3 环件轧制技术的理论研究
• 1.4 环件轧制技术的发展趋势
• 1.5 课题的提出
• 2 环件轧制数值仿真基础理论
• 2.1 环件轧制数值模拟的多种分析方法
• 2.2 环件轧制金属成形过程有限元数值模拟基础理论
• 2.3 数值建模辅助软件的选取
• 2.4 接触及摩擦等边界问题的处理
• 2.5 网格重划技术处理
• 2.6 时间步长
• 2.7 具体研究方案
• 3 矩形截面环件虚拟轧制研究
• 3.1 环件轧制数值模拟仿真过程流程
• 3.2 数值仿真过程中轧制工艺的关键技术
• 3.3 在环件轧制仿真过程中一些注意的问题
• 3.4 矩形截面环件虚拟轧制
• 3.5 本章小结
• 4 斜L 形截面环件虚拟轧制研究
• 4.1 斜L 形截面环件的轧制需求
• 4.2 斜L 形截面环件轧制有限元模型
• 4.3 斜L 形截面环件轧制工艺
• 4.4 斜L 形截面环件毛坯结构比较分析
• 4.5 本章小结
• 5 法兰环件虚拟轧制研究
• 5.1 法兰环件的轧制需求
• 5.2 上孔型法兰环件轧制
• 5.3 下孔型法兰环件轧制
• 5.4 法兰环件轧制毛坯结构和轧制工艺分析
• 5.5 本章小结
• 6 环件虚拟轧制工艺进一步研究
• 6.1 环件材料性能的进一步研究和分析
• 6.2 毛坯结构和轧制工艺的优化问题分析
• 6.3 基于 deform 的环件虚拟轧制技术研究
• 6.4 本章小结
• 7 斜L 形异形环件实际生产轧制
• 7.1 前言
• 7.2 异形环件的实际生产轧制关键技术与工艺
• 7.3 异形环件的实际试制生产轧制
• 7.4 稳定工艺轧制生产
• 7.5 斜L 形轧环件轧制成品机械性能、金相组织及断口形貌分析
• 7.6 本章小结
• 8 结论和展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 附录2 攻读博士学位期间参加科研项目及科技成果