連續(xù)螺旋葉片是螺旋輸送設(shè)備和螺旋泵中的核心零件。螺旋葉片的錐輥異面輾軋成形工藝是目前應(yīng)用最廣泛的一種加工工藝,然而這種成形工藝較為復(fù)雜,軋制工藝參數(shù)調(diào)整一直是錐輥異面軋制成形工藝的難題。針對這一問題,本文主要以連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制的理論為基礎(chǔ),對軋制過程進行了有限元分析及摩擦磨損有限元分析,并基于性能分析結(jié)果對軋制工藝參數(shù)進行建模與多目標優(yōu)化。具體工作內(nèi)容與研究成果如下:(1)系統(tǒng)梳理了連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制的機理與成形規(guī)律。建立了螺徑與螺距的理論數(shù)學(xué)模型及左右錐輥在坐標系中的輥面方程,詳細推導(dǎo)了連續(xù)螺旋葉片軋制成形所需要滿足的邊界約束條件。為后續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制有限元仿真以及工藝參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。(2)建立了連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制的三維模型與有限元模型,對連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制過程進行了有限元仿真,并驗證了其合理性;詳細討論了工藝參數(shù)(喂料高度、相對平動量、軋輥壓力參量、摩擦系數(shù)、軋制速度)對螺徑與螺距的影響規(guī)律;分析了工藝參數(shù)對錐輥加載力、軋件損傷值、最大主應(yīng)力與最大主應(yīng)變的影響規(guī)律。這些為進一步建立優(yōu)化模型奠定了基礎(chǔ)。(3)探討了錐輥磨損的機理及失效形式,提出提高錐輥使用壽命的預(yù)防措施;對軋制過程中錐輥磨損進行了有限元仿真,有限元分析了錐輥摩擦磨損量規(guī)律,發(fā)現(xiàn)軋件材料硬度越高,錐輥的磨損越大;錐輥材料硬度越高,錐輥的磨損量越小,并預(yù)測出了錐輥的使用壽命。(4)針對錐輥異面連續(xù)螺旋葉片軋制工藝參數(shù)進行了多目標優(yōu)化。采用中心組合設(shè)計(CCD)進行試驗參數(shù)的設(shè)計,使用響應(yīng)面法(RSM)構(gòu)建了D、T、R、XLOAD、DAMAGE、MAXSTRESS和MAXSTRAIN與工藝參數(shù)(喂料高度H、相對平動量S_2、軋輥壓力參量TT和軋制速度V)之間的數(shù)學(xué)模型方程;研究分析了工藝參數(shù)對螺旋葉片形態(tài)的交互式影響以及對螺旋葉片性能的交互式影響;并以錐輥的最大磨損深度與破壞量、D、T、R共同組成多目標,對軋制目標D_0和T_0進行優(yōu)化,得到一組最優(yōu)解。本文對螺旋葉片進行錐輥異面軋制有限元模擬來代替實際軋制調(diào)試,并建立多目標優(yōu)化模型與獲得最佳工藝參數(shù)組合,為錐輥異面軋制工藝參數(shù)快速調(diào)整提供了一種新方法,為錐輥異面軋制成形這一工藝廣泛應(yīng)用到實踐奠定了堅實的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG335
【部分圖文】：

學(xué)和物理學(xué)家阿基米德就已經(jīng)提出將螺旋原理應(yīng)用到現(xiàn)實生活當中。于是，螺旋葉片開始應(yīng)用在抽水和澆灌方面，后來就產(chǎn)生了螺旋泵。到了文藝復(fù)興時代，螺旋泵在歐洲開始大規(guī)模使用，螺旋葉片作為其核心部件，也被廣泛普及[2]。第二次世界大戰(zhàn)后，螺旋葉片在抽水、澆灌方面得到廣泛應(yīng)用。目前，螺旋輸送機是在螺旋泵的原有架構(gòu)上進行升級的設(shè)備，螺旋輸送機的主要功能集運輸、傳遞、攪拌和碾碎于一體[3]。這種生產(chǎn)運輸設(shè)備在建筑企業(yè)、礦山企業(yè)應(yīng)用非常廣泛，例如：在礦山開采中，運送機的主要作用就是運輸剛開采出來的礦石，在食品工程中的主要功能就是碾碎硬度較小的物體。螺旋運送機的性能特點與連續(xù)螺旋葉片緊密相連，不同形狀與不同轉(zhuǎn)速的葉片會產(chǎn)生不同的作用與效果，大扇形、轉(zhuǎn)速低的葉片主要適用于傳輸物質(zhì)，小扇形、強度大、轉(zhuǎn)速高的葉片主要適用于碾碎與混合物質(zhì)。所以，對連續(xù)螺旋葉片的制造工藝及其相關(guān)成形技術(shù)的研究十分必要。

學(xué)和物理學(xué)家阿基米德就已經(jīng)提出將螺旋原理應(yīng)用到現(xiàn)實生活當中。于是，螺旋葉片開始應(yīng)用在抽水和澆灌方面，后來就產(chǎn)生了螺旋泵。到了文藝復(fù)興時代，螺旋泵在歐洲開始大規(guī)模使用，螺旋葉片作為其核心部件，也被廣泛普及[2]。第二次世界大戰(zhàn)后，螺旋葉片在抽水、澆灌方面得到廣泛應(yīng)用。目前，螺旋輸送機是在螺旋泵的原有架構(gòu)上進行升級的設(shè)備，螺旋輸送機的主要功能集運輸、傳遞、攪拌和碾碎于一體[3]。這種生產(chǎn)運輸設(shè)備在建筑企業(yè)、礦山企業(yè)應(yīng)用非常廣泛，例如：在礦山開采中，運送機的主要作用就是運輸剛開采出來的礦石，在食品工程中的主要功能就是碾碎硬度較小的物體。螺旋運送機的性能特點與連續(xù)螺旋葉片緊密相連，不同形狀與不同轉(zhuǎn)速的葉片會產(chǎn)生不同的作用與效果，大扇形、轉(zhuǎn)速低的葉片主要適用于傳輸物質(zhì)，小扇形、強度大、轉(zhuǎn)速高的葉片主要適用于碾碎與混合物質(zhì)。所以，對連續(xù)螺旋葉片的制造工藝及其相關(guān)成形技術(shù)的研究十分必要。

程進行有限元模擬仿真，分別討論分析喂料高度、相對平動量、軋輥壓力參量摩擦系數(shù)和軋制速度對連續(xù)螺旋葉片螺徑和螺距的影響。分析連續(xù)螺旋葉片軋制工藝參數(shù)對錐輥加載力、軋件損傷值、最大主應(yīng)力和最大主應(yīng)變的影響。3）對連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制中錐輥摩擦磨損進行研究。闡述錐輥磨損機理及失效形式，對錐輥使用壽命進行預(yù)測，提出錐輥使用壽命的預(yù)防措施。建立錐輥磨損有限元仿真模型，分析材料硬度和錐輥硬度對摩擦磨損量的影響。4）針對錐輥異面連續(xù)螺旋葉片軋制工藝參數(shù)進行多目標優(yōu)化。采用中心組合設(shè)計(CCD)來進行試驗參數(shù)的設(shè)計，再使用響應(yīng)面法（RSM）構(gòu)建多目標與藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型方程；分析工藝參數(shù)對螺旋葉片形態(tài)和葉片性能的交互式影響；以錐輥的最大磨損深度最小、軋件破壞量最小、min0D D、min0T T和mR共同組成多目標，采用滿意度函數(shù)值針對軋制目標進行優(yōu)化。如圖 1.4 所示，是連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制研究的技術(shù)路線：
【參考文獻】

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1 張雍;張清東;李瑞;張勃洋;;帶鋼冷軋機工作輥表面軋制磨損形貌的模擬仿真[J];中國表面工程;2015年03期

2 蔣小平;施衛(wèi)東;李偉;李潛;;螺旋葉片連續(xù)冷軋研究現(xiàn)狀與展望[J];礦山機械;2013年07期

3 張偉偉;倪建通;;淺談大型螺旋葉片的關(guān)鍵制造技術(shù)[J];通用機械;2012年03期

4 吳海淼;董建榮;劉志民;鄭同雷;龐志鋒;羅向輝;王仁立;張建剛;;軋輥磨損數(shù)學(xué)模型研究[J];潤滑與密封;2009年08期

5 駱志高;王祥;李舉;陳坤;;遺傳算法與懲罰函數(shù)法在輾軋成形工藝參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用[J];中國機械工程;2009年14期

6 周杰;趙軍;安治國;;熱擠壓模磨損規(guī)律及磨損對模具壽命的影響[J];中國機械工程;2007年17期

7 商興國;;錐輥異面輾軋螺旋葉片軋輥參數(shù)的研究[J];黑龍江科技信息;2007年10期

8 劉會霞;范曉波;王霄;;連續(xù)螺旋葉片異面成形規(guī)律研究與有限元模擬[J];煤礦機械;2007年01期

9 魏曉波;螺旋葉片生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究[J];機床與液壓;2004年07期

10 應(yīng)富強,張更超,潘孝勇;三維有限元模擬技術(shù)在金屬塑性成形中的應(yīng)用[J];鍛壓裝備與制造技術(shù);2003年05期

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1 王鵬飛;冷軋帶鋼板形控制技術(shù)的研究與應(yīng)用[D];東北大學(xué);2011年

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1 樊小歡;基于有限元與多體動力學(xué)的曲軸系分析[D];大連理工大學(xué);2016年

2 張平;葉片輥軋成形工藝及模具設(shè)計研究[D];東北大學(xué);2013年

3 滕洪寶;帶鋼熱連軋軋輥磨損的研究[D];東北大學(xué);2012年

4 龔貴春;基于DEFORM-3D研究楔橫軋軋制鋁合金空心軸類件的成形規(guī)律[D];江蘇大學(xué);2010年

5 范曉波;連續(xù)螺旋葉片錐輥異面軋制過程的有限元模擬與成形規(guī)律研究[D];江蘇大學(xué);2006年

6 李茂;DEFORM和Marc平臺下棒線材熱連軋過程的數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2006年

本文編號：2843432