圆锥套圈闭式冷辗扩的工艺研究与数值模拟

论文摘要

环件冷辗扩工艺是一种先进的连续局部回转塑性成形技术，具有省力、节能、节材、高效、低成本的技术优势，在航空、航天、汽车、火车、能源等领域获得了越来越广泛的应用。材料性能及其在加工过程中的演化对环件冷辗扩工艺的影响己经成为环件冷辗扩成形理论与技术发展迫切需要研究的重要课题。辗环是用环形毛坯在旋转的模具中进行轧制。其特点是借助轧环机和轧制孔型使环件产生连续局部塑性变形，因此可在低载荷下实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。本课题主要研究圆锥套圈闭式冷辗扩成形规律，对其进行模拟分析，利用有限元软件的模拟结果，分析各个因素分别对宽展的影响规律与多个主要影响因素的变化对宽展的影响规律，为圆锥套圈闭式冷辗扩工艺提供理论指导。本文采用两个套圈成对辗扩，不仅能抵消因不对称变形产生的轴向力，减少应力集中，提高制件精度，延长芯辊寿命，还可以提高生产效率。采用闭式的目的是希望能对其宽展起到一定的控制作用。本文基于环件轧制理论和有限元理论，建立了圆锥套圈闭式冷辗扩的有限元分析模型。首先设计两种不同形状的毛坯进行模拟，得到更适合成形的毛坯尺寸，然后根据实际辗环机尺寸设计几种不同的驱动辊和芯辊尺寸进行模拟，找出不同的驱动辊工作宽度和芯辊半径下成品的平均宽展和平均鱼尾系数的变化，找出其变化规律，得出较适合的模具尺寸进行毛坯的模拟成形。再用优化了的模具进行模拟，改变其工艺参数和模拟参数，包括驱动辊转速，芯辊的进给速度，还是研究其平均宽展的变化，得到较优化的工艺参数。通过对圆锥套圈闭式冷辗扩的有限元分析，得出其宽展的成形规律和计算方法。与开式辗扩的结果进行对比，得出圆锥套圈闭式冷辗扩相对于开式的优势在于可以在一定程度上较好的控制宽展的产生。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 环件辗扩成形工艺简介
• 1.1.1.1 环件冷辗扩的原理
• 1.1.1.2 辗环工艺影响因素
• 1.1.1.3 冷辗扩设备
• 1.1.1.4 圆锥套圈闭式冷辗扩工艺分析
• 1.1.2 圆锥套圈辗扩的研究现状
• 1.1.3 环件冷辗扩有限元分析的发展现状
• 1.2 课题来源和意义
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 圆锥套圈闭式冷辗扩的模拟软件介绍
• 2.1 简介
• 2.2 DEFORM软件的模块结构
• 2.2.1 前处理器
• 2.2.2 模拟处理器
• 2.2.3 后处理器
• 2.3 DEFORM-3D特色和功能
• 2.4 DEFORM-3D在本课题中的应用
• 2.4.1 冷碾扩模拟前处理
• 2.4.2 冷碾扩模拟后处理
• 2.5 本章小结
• 第3章 圆锥套圈闭式冷辗扩中毛坯的设计与优化
• 3.1 引言
• 3.2 毛坯的设计
• 3.2.1 毛坯结构尺寸设计
• 3.2.2 毛坯材料
• 3.3 模拟结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 圆锥套圈闭式冷辗扩中模具的设计与优化
• 4.1 模具设计
• 4.1.1 驱动辊的结构尺寸设计
• 4.1.2 芯辊的结构尺寸设计
• 4.2 模具优化
• 4.2.1 驱动辊的优化
• 4.2.2 芯辊的优化
• 4.3 优化后的模拟结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 圆锥套圈闭式冷辗扩中工艺参数设计与优化
• 5.1 引言
• 5.2 圆锥套圈闭式冷辗扩工艺设计
• 5.2.1 进给量
• 5.2.2 芯辊进给速度
• 5.2.3 驱动辊转速
• 5.3 圆锥套圈闭式冷辗扩工艺参数优化
• 5.3.1 仿真模型的建立和模拟参数设置
• 5.3.1.1 环件轧制仿真模型的建立
• 5.3.1.2 环件轧制工艺
• 5.3.2 结果分析
• 5.3.2.1 驱动辊转速对结果的影响
• 5.3.2.2 网格数量对结果的影响
• 5.3.2.3 芯辊进给速度对结果的影响
• 5.3.2.4 环件成型结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 圆锥套圈闭式冷辗扩中宽展的研究
• 6.1 引言
• 6.2 宽展
• 6.2.1 宽展及其实际意义
• 6.2.2 宽展分类
• 6.2.3 宽展的组成
• 6.2.4 宽展沿轧件宽度上的分布
• 6.2.5 影响宽展的因素
• 6.2.6 圆锥套圈闭式冷辗扩宽展的形成规律和计算方法
• 6.2.6.1 形成规律
• 6.2.6.2 计算方法
• 6.3 基于 DEFORM模拟设置
• 6.4 结果分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 圆锥套圈闭式冷辗扩数值模拟结果分析
• 7.1 有限元模型和模拟参数
• 7.1.1 几何模型
• 7.1.2 材料模型
• 7.1.3 模拟参数设置
• 7.2 模拟结果及分析
• 7.2.1 外形变化
• 7.2.2 应力场
• 7.2.3 应变场
• 7.3 成品尺寸的研究
• 7.4 本章小结
• 第8章 总结和展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文