本文關鍵詞：鼓形環(huán)坯熱輾擴的宏微觀耦合數(shù)值模擬研究

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【摘要】：熱輾擴是借助輾環(huán)機使環(huán)件產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形,從而使壁厚減小、直徑變大、截面輪廓成形的一種塑性加工工藝。它在機械、能源、交通運輸?shù)裙I(yè)領域有著廣泛的應用,用于生產(chǎn)制造各種尺寸和截面形狀的無縫環(huán)件。與環(huán)件其它生產(chǎn)方法相比,它具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品范圍廣、材料利用率高、節(jié)約能源等技術經(jīng)濟優(yōu)點。熱輾擴工藝是一個受多因素影響的宏觀變形和微觀組織演變耦合的復雜成形過程。在成形過程中,除了使環(huán)件滿足尺寸要求外,還要控制環(huán)件的晶粒度,實現(xiàn)晶粒的細化,提高環(huán)件的綜合力學性能。目前在熱輾擴宏微觀研究上已經(jīng)取得了很大進展,但多數(shù)研究都是基于矩形截面環(huán)坯進行的。然而,實際生產(chǎn)中獲得的環(huán)坯多具有鼓形特征,而對于鼓形環(huán)坯在熱輾擴中的宏微觀變化研究甚少,尤其是涉及微觀組織變化,因此亟需對此進行研究。本文以鼓形環(huán)坯熱輾擴的宏微觀變化為研究對象。首先分析了鼓形環(huán)坯的形成原因,針對鼓形環(huán)坯的幾何特征,提出了鼓形環(huán)坯的簡化思路。然后通過有限元模擬軟件Simufact11.0建立了熱輾擴有限元模型。基于該模型,對鼓形環(huán)坯在熱輾擴中的宏微觀變化進行了模擬分析。模擬揭示了鼓形環(huán)坯在熱輾擴過程中的宏觀成形規(guī)律,包括幾何外形、溫度、等效應變、成形載荷,以及微觀組織演變規(guī)律,包括動態(tài)再結晶體積分數(shù)和晶粒尺寸。同時采用單因素變量法深入探討了每轉(zhuǎn)進給量、環(huán)坯初始溫度、軋輥半徑比、主輥轉(zhuǎn)速四個工藝參數(shù)對環(huán)件微觀組織的影響,并在此基礎上進行正交試驗,得出四因素對微觀組織的影響效應大小:每轉(zhuǎn)進給量主輥轉(zhuǎn)速軋輥半徑比環(huán)坯初始溫度。最后,結合宏微觀模擬分析和正交試驗結果對鼓形環(huán)坯熱輾擴進行了實際生產(chǎn)驗證。本文在有限元數(shù)值模擬仿真的基礎上,結合環(huán)件熱輾擴基礎理論,模擬分析了鼓形環(huán)坯熱輾擴的宏觀成形規(guī)律和微觀組織演變規(guī)律,并深入探討了軋制工藝參數(shù)對微觀組織的影響。研究結果為實際生產(chǎn)中精確控制熱輾擴成形過程、制定合理的工藝參數(shù)、優(yōu)化工藝方案提供了指導,對于提高環(huán)件產(chǎn)品質(zhì)量有重要的意義。
【關鍵詞】：鼓形環(huán)坯 熱輾擴 宏微觀耦合 數(shù)值模擬 微觀組織演變
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG306
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 引言12
• 1.2 熱輾擴工藝成形概述12-16
• 1.2.1 熱輾擴工藝的誕生及發(fā)展13-14
• 1.2.2 熱輾擴工藝的分類14-15
• 1.2.3 熱輾擴工藝優(yōu)勢及應用前景15-16
• 1.3 熱輾擴工藝數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 熱輾擴的宏觀研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 熱輾擴的微觀研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.3 現(xiàn)階段研究中的主要問題18
• 1.4 本文選題背景和意義18-19
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容及方法19
• 1.6 本章小結19-21
• 第二章 熱輾擴金屬成形理論基礎21-31
• 2.1 熱輾擴咬入條件分析21-25
• 2.1.1 徑向咬入力學條件21-22
• 2.1.2 軸向咬入力學條件22-23
• 2.1.3 徑向最大每轉(zhuǎn)進給量的確定23-24
• 2.1.4 軸向最大每轉(zhuǎn)進給量的確定24
• 2.1.5 咬入條件改善措施24-25
• 2.2 熱輾擴鍛透條件分析25-26
• 2.2.1 徑向鍛透的力學特征25
• 2.2.2 軸向鍛透的力學特征25-26
• 2.2.3 徑向最小每轉(zhuǎn)進給量的確定26
• 2.2.4 軸向最小每轉(zhuǎn)進給量的確定26
• 2.2.5 鍛透條件改善措施26
• 2.3 熱輾擴剛度穩(wěn)定性條件分析26-29
• 2.3.1 剛度穩(wěn)定性的力學特征27-28
• 2.3.2 塑性失穩(wěn)及剛度條件模型28-29
• 2.3.3 剛度穩(wěn)定性條件改善措施29
• 2.4 熱輾擴數(shù)值模擬剛粘塑性有限元理論基礎29-30
• 2.4.1 剛粘塑性材料的基本假設概述29
• 2.4.2 塑性力學基本方程與邊界條件29-30
• 2.4.3 剛粘塑性材料的變分原理30
• 2.5 本章小結30-31
• 第三章 鼓形環(huán)坯的形成及有限元模型的建立31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 鼓形環(huán)坯的形成31-35
• 3.2.1 自由鍛鐓粗工藝概述32-33
• 3.2.2 鼓形環(huán)坯的產(chǎn)生33-34
• 3.2.3 鼓形環(huán)坯的幾何特征34
• 3.2.4 鼓形環(huán)坯的簡化34-35
• 3.3 熱輾擴宏微觀有限元模型的建立35-40
• 3.3.1 Simufact軟件簡介35-36
• 3.3.2 幾何模型的建立36
• 3.3.3 材料模型的確立36-37
• 3.3.4 網(wǎng)格劃分37-38
• 3.3.5 邊界條件的處理38-39
• 3.3.6 數(shù)值模擬參數(shù)的確立39-40
• 3.4 熱輾擴有限元模型的驗證40-41
• 3.4.1 環(huán)件尺寸的驗證40-41
• 3.4.2 環(huán)件溫度的驗證41
• 3.5 本章小結41-43
• 第四章 鼓形環(huán)坯熱輾擴宏微觀變化模擬研究43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 鼓形環(huán)坯熱輾擴宏觀變化規(guī)律43-48
• 4.2.1 幾何外形變化規(guī)律43-44
• 4.2.2 溫度變化規(guī)律44-45
• 4.2.3 等效應變變化規(guī)律45-47
• 4.2.4 成形載荷變化規(guī)律47-48
• 4.3 鼓形環(huán)坯熱輾擴微觀組織分布及演變規(guī)律48-51
• 4.3.1 研究思路和計算條件48-49
• 4.3.2 動態(tài)再結晶體積分數(shù)的大小及分布規(guī)律49-50
• 4.3.3 晶粒尺寸大小及分布規(guī)律50-51
• 4.4 本章小結51-53
• 第五章 工藝參數(shù)對鼓形環(huán)坯熱輾擴微觀組織的影響規(guī)律53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 工藝參數(shù)對微觀組織的影響規(guī)律53-58
• 5.2.1 主輥轉(zhuǎn)速對微觀組織的影響53-54
• 5.2.2 軋輥半徑比對微觀組織的影響54-56
• 5.2.3 每轉(zhuǎn)進給量對微觀組織的影響56-57
• 5.2.4 環(huán)坯初始溫度對微觀組織的影響57-58
• 5.3 正交試驗設計58-61
• 5.3.1 正交試驗簡述58-59
• 5.3.2 因素和水平的確定59
• 5.3.3 試驗指標的確定59-60
• 5.3.4 正交試驗結果及分析60-61
• 5.4 本章小結61-62
• 第六章 鼓形環(huán)坯熱輾擴的實際生產(chǎn)驗證62-67
• 6.1 生產(chǎn)設備及參數(shù)62-63
• 6.2 生產(chǎn)驗證用材料及參數(shù)63
• 6.3 生產(chǎn)過程驗證63-65
• 6.4 微觀組織驗證65
• 6.5 本章小結65-67
• 第七章 結論與展望67-70
• 7.1 完成的主要工作及結論67-68
• 7.2 展望68-70
• 參考文獻70-73
• 致謝73-74
• 在學期間發(fā)表的學術論文74

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