管坯三辊行星旋轧变形机理研究

论文摘要

连铸管坯行星旋轧工艺是铜管短流程加工中一项关键技术,近年来逐步代替了挤压工艺,生产效率因而极大提高,产品质量优良、稳定。然而,其模具及工艺设计主要建立在有限的经验及试错的基础上,生产调试周期长、费用高,产品的性能和缺陷不能控制。生产的稳定性和工艺参数的调整、选择都有待进一步探讨。为了改善三辊行星轧机铜合金旋轧的性能和提高旋轧的效率。本文首先介绍三辊行星轧机的结构、轧制原理及其运动情况。在此基础上,对三辊行星轧制工艺进行了有限元分析,建立一个行星轧制轧机的基本几何模型,使用三维的弹塑性有限元分析这种轧制工艺的变形特点和管坯的应力和应变分布。通过有限元模拟,得出了轧制工艺参数对旋轧成形的影响规律。随后,用塑性泥对铜合金旋轧过程进行物理模拟,采用正交试验方法进行了三辊行星旋轧正交模拟试验,借助极差分析方法研究了旋轧的工艺参数(轧辊偏转角、轧辊转速、轧辊摩擦系数和塑性泥的初始温度)对塑性泥旋轧后螺旋线螺距的影响。试验结果表明：轧辊的偏转角在7°的情况下加工效果明显改善；轧辊的转速越高,加工效果越好,但效果改善不是很明显；轧辊的摩擦系数和塑性泥的初始温度对旋轧效果影响程度大,因此轧辊不易磨损过多,坯料的初始温度尽可能高些。合理选择工艺参数组合,可以有效地提高三辊行星铜合金旋轧效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 三辊行星轧机基本原理与发展概况
• 1.2.1 三辊行星轧机的结构和传动原理
• 1.2.2 三辊行星轧机发展概况
• 1.2.3 三辊行星轧机的优点
• 1.3 三辊行星轧制国内外研究情况
• 1.3.1 三辊行星轧机国内研究情况
• 1.3.2 三辊行星轧机国外研究情况
• 1.4 课题来源、意义和主要研究内容
• 1.4.1 课题的来源和意义
• 1.4.2 课题主要研究内容
• 第2章 三辊行星轧机的结构特点及轧制原理
• 2.1 三辊行星轧机的结构特点
• 2.1.1 三辊行星轧机的结构
• 2.1.2 三辊行星旋轧机的特点
• 2.2 三辊行星轧机的轧制原理
• 2.2.1 三辊行星轧机的基本原理
• 2.2.2 三辊行星轧机的运动分析
• 2.3 轧件不旋转的条件
• 2.4 三辊行星轧机坯料变形特点及轧辊的特点
• 2.4.1 坯料的纵向运动
• 2.4.2 三辊行星轧机坯料变形特点
• 2.4.3 轧辊的特点
• 第3章 三辊行星旋轧有限元模型的建立与分析
• 3.1 三辊行星旋轧空间结构
• 3.2 建模软件简介
• 3.2.1 有限元软件MSC.MARC简介
• 3.2.2 三辊行星旋轧机械运动的确定
• 3.2.3 坯料和管材运动速度的确定
• 3.3 模拟参数的选择
• 3.3.1 旋轧工艺参数及材料参数的确定
• 3.3.2 旋轧铜管坯几何参数
• 3.4 有限元建模的关键问题
• 3.4.1 坯料外形设计方法
• 3.4.2 坯料单元划分方法
• 3.4.3 轧辊模型的建立
• 3.4.4 旋轧有限元模型建立
• 3.5 旋轧成形有限元模拟关键问题的处理
• 3.5.1 摩擦边界条件的处理
• 3.5.2 接触边界条件的处理
• 3.5.3 运动边界条件的处理
• 3.5.4 热边界条件的处理
• 3.6 影响旋轧成型的客观因素
• 3.6.1 轧辊偏转角对铜合金旋轧成形的影响
• 3.6.2 轧辊转速对铜合金旋轧成形的影响
• 3.6.3 摩擦系数对铜合金旋轧成形的影响
• 3.6.4 坯料预热对旋轧成形的影响
• 3.7 三辊行星轧制变形规律模拟分析
• 3.7.1 旋轧成形模拟坯料参数
• 3.7.2 旋轧坯料三角形效应分析
• 3.7.3 旋轧坯料受力分析
• 3.7.4 旋轧成形过程坯料运动轨迹
• 第4章 三辊行星轧机轧制原理正交试验与分析
• 4.1 物理模拟试验准备工作
• 4.1.1 塑性泥的基本概况
• 4.1.2 物理模拟
• 4.1.3 问题的提出
• 4.1.4 用正交表来安排正交试验
• 4.2 三辊行星轧机工艺参数的正交试验设计
• 4.2.1 确定试验因素和水平
• 4.2.2 正交表的选择
• 4.3 管坯三辊行星轧机塑性加工物理模拟试验
• 4.3.1 试验目的
• 4.3.2 试验中所需要得到的工艺参数的调整方法
• 4.3.3 塑性泥加工过程和试验结果的记录
• 4.3.4 塑性泥变形过程的观察
• 4.4 物理模拟正交试验结果的处理
• 4.4.1 正交设计的初步分析——极差分析
• 4.4.2 塑性泥模拟结果与Marc软件对铜合金加工模拟结果的比较
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢