收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

环件虚拟轧制技术及过程优化研究

王泽武  
【摘要】: 环件轧制技术是借助于轧环机使环件产生壁厚减下、直径扩大、截面轮廓成形的局部塑性加工工艺,具有节能、节材、生产率高、生产成本低、产品范围广等显著特点,在机械、冶金、化工、能源、航空航天等许多工业领域中得到日益广泛的应用,成为轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮、燃气轮机环等各种无缝环件零件的先进制造技术和主要加工方法。 近20年以来,随着有限元理论逐步完善和相关有限元软件广泛推广,基于通用有限元软件采用计算机模拟环件轧制过程代替传统依靠工程师经验的试错法成为研究的热点。然而环件轧制不仅具有普通的平板轧制、异步轧制、多道次轧制的性质,而且涉及到芯辊和锥辊直线进给运动、主辊旋转轧制运动、抱辊导向运动以及环件自身的转动和直径扩大运动,因此在同一数值模拟仿真模型中既要模拟环件复杂的金属流动,又要实现各轧辊运动轨迹的实时变化,一直成为环件轧制数值模拟研究的难点。 为了跟踪这些研究热点,解决这些难点问题,本文在前人研究工作的基础上开展了以下几个方面的研究工作。 (1)首先基于通用动力显式有限元软件LSDYNA建立了环件轧制数值模拟仿真模型,采用质量缩放等技术有效降低计算时间,克服了环件轧制数值模拟过程对计算机性能和长时间计算的要求;然后采用大型结构分析有限元软件ANSYS的APDL参数化语言,建立了环件轧制过程中复杂数控系统仿真模型,实现了环件轧制运动参数实时调用修正,克服了在环件轧制金属流动模拟过程中不能求解含未知变量的问题;最后对这两个模型集成建立了环件虚拟轧制自动修正有限元仿真模型(简称AMFE),从而实现环件金属流动和轧环机数控系统耦合实时仿真。 (2)基于AMFE虚拟轧制仿真模型对某矩形截面环件的一个生产周期轧制过程进行了数值模拟研究,计算结果和德国SMS Wagner-Banning公司的ROLLTECH实验经验数据、美国P. V. Ranatunga博士的UBET计算数据进行了对比分析,结果显示AMFE模型仿真数据与上述数据基本吻合,从而验证AMFE仿真模型的可靠性,同时AMFE模型仿真结果还显示了环件轧制过程任意时刻的应力、应变和位移云图,以及环件轧制实时扩展和缺陷生成的动态过程,而这些数据是环件轧制工程师急需想要而其它研究方法很难得到的,验证AMFE仿真模型具有精度好、功能强、效率高等特点。该环件实时动态虚拟轧制方法的成功实现,突破了传统环件轧制过程二维、三维局部或者三维瞬态的研究。 (3)基于AMFE环件虚拟轧制仿真模型,进一步对环件虚拟轧制过程优化进行探讨,针对于不同情况,提出两种优化方案,一是采用MATLAB神经网络工具箱对环件轧制规程、初始毛坯进行优化分析,二是以缩短轧制时间为优化目标,建立环件虚拟轧制过程优化仿真模型,对优化变量、优化策略、优化过程进行了详细分析。并以某矩形截面环件虚拟轧制仿真模型为研究对象,采用两种方案分别对环件轧制过程进行优化,对优化变量(材料模型、质量缩放、网格细化、芯辊进给、锥辊进给、磨擦系数等)进行了优化对比分析,最后对环件虚拟轧制过程整体优化分析,得出了合适的轧制规程、轧制毛坯及其他轧制工艺参数。这些问题的研究超越了前人仅仅停留在如何建立环件轧制三维仿真模型问题上的研究,从而拓宽了环件轧制数值模拟技术研究领域。 (4)为了把AMFE环件虚拟轧制仿真模型延展到异形截面环件轧制过程的研究,论文对异形截面环件虚拟轧制过程特点进行了分析,对一些关键技术提出了解决方案,分别建立了Φ500型径向轧环机、RAW200/160-5型径轴向轧环机的AMFE虚拟轧制仿真模型,在国内外首次对汽车后桥从动伞齿轮锻件、飞机发动机涡轮机匣锻件和600MW核反应器壳体大型锥形环件三种异形截面环件的一个生产周期内的轧制过程进行了虚拟轧制仿真实证分析,仿真计算结果显示与实际生产过程基本吻合,从而验证了AMFE环件虚拟轧制仿真模型可应用于异形截面环件的虚拟轧制,可用于检验异形截面环件轧制成形制造工艺,可用于对新型环件的轧制工艺和轧制过程的开发,这些对于降低研发成本、缩短研发周期、快速响应市场、实现绿色制造和提升国内外环件轧制水平具有重要意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 曾淑琴;任波;李利军;王泽武;;环件轧制有限元仿真过程中数控模型的开发及实现[J];锻压装备与制造技术;2006年05期
2 许思广,曹起骧,连家创;环件轧制中晶粒变化的计算机模拟[J];塑性工程学报;1994年02期
3 华林,赵仲治;环件轧制的极限参数[J];兵器材料科学与工程;1994年06期
4 许思广,姚开云;环件轧制过程计算机模拟[J];重型机械;1994年01期
5 华林,赵仲治,王华昌;环件轧制原理和设计方法[J];湖北工学院学报;1995年S1期
6 华林;环件闭式轧制力和力矩上限计算[J];力学与实践;1994年03期
7 罗洲,华林,周勇强,王志慧;环件轧制过程的显式有限元模拟分析[J];塑性工程学报;2004年01期
8 华林,梅雪松,吴序堂;环件轧制运动学规律和参数[J];热加工工艺;1998年02期
9 孙在进,华林;阶梯孔环件轧制变形规律和尺寸计算[J];武汉科技大学学报(自然科学版);1995年04期
10 陈永红,周存龙;WHZ-200型环件轧制实验装置的研制[J];山西机械;1996年02期
11 郝用兴;杨杰;;孔型对环件轧制过程稳定性影响[J];热加工工艺;2009年21期
12 蒋日东,王运赣,田亚梅;环件辗轧过程建模[J];中国机械工程;1993年03期
13 许思广;连家创;姚开云;赵东海;许大才;;环件轧制应变分布的实验研究[J];锻压技术;1991年01期
14 许思广,曹起骧,连家创;环件轧制技术的研究[J];钢铁;1994年07期
15 华林,梅雪松,吴序堂;基于空间啮合理论的环件轧制孔型设计[J];机械科学与技术;1999年06期
16 许思广,曹起骧,连家创,姚开云,郭希学;环件轧制的热刚塑性耦合有限元分析[J];机械工程学报;1994年02期
17 罗洲;华林;王志慧;周勇强;;环件轧制过程的显式有限元模拟分析[J];金属成形工艺;2003年06期
18 许思广;连家创;;环件轧制中最佳抱辊位置的确定[J];CMET.锻压装备与制造技术;1991年06期
19 华林;;环件轧制极限条件[J];大型铸锻件;1993年04期
20 华林,刘志平,杜平,周传新;环件轧制力能计算[J];锻压机械;1994年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李俊;陈晓东;张海;陈荣盛;孟虎;姚斌;;聚氨酯/橡胶复合轮胎温度场的有限元分析[A];中国聚氨酯工业协会第十五次年会论文集[C];2010年
2 邓安福;魏艳军;邓璞;郑冰;;面向对象三维非线性有限元程序设计[A];第15届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2006年
3 罗志军;乔新;;复合材料层压板的纤维铺设角全局优化的遗传算法解法[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第一卷)[C];1997年
4 梁晋豫;周敬一;翟冬玉;;ABAQUS CAE分析保险片的发热[A];创新发展——河南省第五届学术年会论文选集[C];2009年
5 田旺生;李黎霞;杨明旺;;钢结构焊接残余应力有限元分析[A];'2009全国钢结构学术年会论文集[C];2009年
6 杜宇;岑松;;基于四边形面积坐标方法的4结点平面膜元的显式刚度矩阵[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
7 沈展鹏;陈海波;;细长梁结构振动模态的分析方法研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
8 李仪凡;李树君;马季威;韩清华;;微波真空干燥设备大功率微波源馈口的设计与试验[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会2010年学术年会论文集[C];2010年
9 郭迎春;;某型城市客车转向过渡臂支架断裂有限元分析[A];2005年中国客车学术年会论文集[C];2005年
10 高小勤;黄海明;章梓茂;蔡雪;;840D货车车轮辐板孔边裂纹扩展机理分析[A];扩大铁路对外开放、确保重点物资运输——中国科协2005年学术年会铁道分会场暨中国铁道学会学术年会和粤海通道运营管理学术研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王泽武;环件虚拟轧制技术及过程优化研究[D];华中科技大学;2007年
2 袁海伦;异形截面环件毛坯结构优化设计及轧制过程计算机仿真[D];华中科技大学;2006年
3 潘利波;环件径轴向轧制变形规律与CAPP系统研究[D];武汉理工大学;2007年
4 王文江;基于驻波疲劳累积损伤的磁记忆效应及反问题研究[D];大庆石油大学;2006年
5 王振;立式浮放储罐三维地震反应分析及试验研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 杨杰伟;基于MEMS工艺的轴向磁化永磁微电机结构优化及性能分析[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
7 成湘洲;格尔木—额济纳旗地学断面应力场微机数值模拟[D];中国地质科学院;1994年
8 卿华;镍基单晶合金力学特性及其在冷却涡轮叶片上的应用分析[D];南京航空航天大学;2007年
9 许鸿昊;拉伸装夹高速铣削钛合金的疲劳特性研究[D];南京航空航天大学;2008年
10 张晓峰;大行程超精密工作台关键技术研究[D];天津大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高宇;复合材料螺旋桨桨叶强度与振动分析[D];南京航空航天大学;2005年
2 王虎;某牵引火炮非线性有限元结构动力学分析[D];南京理工大学;2005年
3 胡晓敏;厚冲积覆盖层桥梁桩基础屈曲研究[D];武汉理工大学;2005年
4 陈锐;潜艇结构振动辐射噪声分析研究[D];华中科技大学;2005年
5 惠巍;轿车乘坐室结构振动噪声仿真及其控制研究[D];西北工业大学;2006年
6 李海霞;千米级钢箱梁斜拉桥稳定性研究[D];西南交通大学;2006年
7 刘复孝;滚压成型螺纹灌注桩竖向承载力性能研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
8 孙丙岩;铝合金搅拌摩擦焊塑性流动模型[D];兰州理工大学;2007年
9 侍嵘;浆液固碎石桩模型试验及承载特性研究[D];河海大学;2007年
10 刘伟伟;惯性摩擦焊接过程的能量密度数值分析[D];大连理工大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 记者 李大庆;全球第一个互联网有限元软件诞生[N];科技日报;2000年
2 记者 李大庆;有限元程序自动生成系统升级换代[N];科技日报;2002年
3 吴山青;知难而上为推广[N];光明日报;2001年
4 胡建新;有限元的探索[N];光明日报;2002年
5 晨钟;攀钢采用有限元分析钢轨精轧工艺[N];世界金属导报;2003年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978