毕业论文（设计）--大型辗环机轴向轧制机构设计与刚度分析.docVIP

1 前言 1.1环件轧制的过程及优点 环件轧制是借助环件轧机和轧制孔型使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺，它适用于生产各种形状尺寸的环形机械零件[1]。在环件轧制过程中，环件通过主辊驱动旋转，芯辊以一定的速度匀速趋近于大直径的主辊，使环件的壁厚减薄，直径增大，实现环件的径向轧制。轴向轧制机构的上锥辊缓慢向下移动，同时，整个随动机架根据环件外径变化作水平移动，完成环件的轴向轧制，使加工好的环件端面平整。与传统的模锻工艺相比，有许多显著优点。 （1）设备吨位小，加工范围大。辗环成形过程是局部加压连续小变形的累计，工件与模具的接触面积小，因此需要的变形力小，设备吨位小。 （2）材料利用率高。环件轧制的截面形状更接近于成品，加工余量小。 （3）产品质量好。轧制环件的金属纤维沿圆周方向连续分布，与零件使用时的受力及磨损相适应。多数情况下，轧制环件内部组织致密、晶粒细小，综合机械性能明显高于其它方法加工的环件。 （4）劳动条件好，生产率高。环件轧制类似静压轧制，基本无冲击、振动，噪声低，易于操作，机械化、自动化程度高，工人劳动强度大幅降低。 （5）生产成本低。与自由锻相比，材料消耗低，能源消耗低，综合生产成本低，具有较好的经济效益。 环件轧制技术是伴随着铁路运输业而发展的。环件轧制的研究距今已经有一百多年的历史, 在早期的研究中还是以径向轧制为主。，英国学者W.Johnson等20世纪60年代首先开展了环件轧制实验研究[1]。1973年，Hawkyard在UMIST实验室安装了一台专用的环件试验轧机。1976年，Mamalis用测压针方法研究了不同材料在不同的孔型中轧制时单位压力的分布情况，得出轧制过程中在变形区入口附近的单位压力迅速升高并达到峰值，随后缓慢降低，在轧辊连心线附近单位压力曲线会出现拐点的规律。1979年以来，Hawkyard深入分析了异形截面环轧时金属在各种孔型中的流动特性，观察了压下速度、摩擦条件、环坯形状及孔型尺寸变化对环件截面变化的影响，其目的在于提高孔型的充满率。1984年，Ryoo用上限法求解出轧制力和力矩的值，并对轴向宽展变形产生“鱼尾”的现象进行了解释。Yang 通过能量法研究了L形截面环轧制力矩变化规律，在分析中考虑了芯辊压下速度的影响。1988年D.Y.Wang等人应用塑性有限元方法对环件径向轧制的平面变形作了分析[]。1990年Naksoo Kim等人利用三维刚塑性有限元方法对环件轧制进行了模拟。D.Y.Wang等人也对T型截面的环件轧制进行了三维刚塑性有限元的模拟。1994年，Z.M.Hua.I. Pillingger等人应用弹塑性有限元方法进行了环件轧制的三维有限元模型的研究[2]。1998年，T.Lim，I.Pininger等人利用混合网格模型对环件异型截面轧制进行了有限元模拟，研究中利用提出的网格划分方法对矩形截面和V型截面的径向和径-轴向轧制进行了分析，其时间节省了近70%。以后K.Sawamiphadi，P.M.Pauska等人，利用显式有限元模型对环件轧制过程进行了分析，其主要是利用显式有限元程序分析各种冷环轧工艺过程，从中可以发现，利用显式有限元分析，可很准确的得到环轧过程的各个参数。K.Davey和M.J.ward通过ALE(Abitrtary Lagrange·Euler)流动方程对环件轧制进行了模拟，这主要是基于ALE力学模型的有限元分析，它比惯用的Lagrange程序可以节省大量的计算时间，可一对很复杂的变形过程进行模拟，提出了基于ALE流动方程的环件轧制有限元模型。1998年T. Lim应用有限元分析软件研究了抱辊在径轴向轧制中的作用问题。2002年J.L.Song应用有限元分析软件对径-轴向是的径向变形进行了研究。 在国内清华大学的许思广等人、华中科技大学的解春雷等人、武汉理工大学的华林等人、西北工业大学的杨合等人对辗环机的径向和径-轴向轧制的都有所研究。武汉理工大学的华林，在D51—160A轧环机上进行了环件轧制的试验研究，在径-轴向辗环机轧制工艺方面也有所研究。济南铸造锻压机械研究所在1991年研制成功1800毫米数控辗环机，曾发表过四篇关于径-轴向辗环机的论文。同时D53K6300全自动西门子数控辗环机在2006年研制成功。西北工业大学的杨合等人自2003年开始从冷辗环到径-轴向辗环进行了一系列的研究。近年来国内的多学者尝试将有限元法应用于环件轧制的过程中，这些工作为开发出集变形分析与工艺计算和过程控制于一体的环件轧制计算机辅助分析系统打下了基础。解春雷、李尚健等人根据环件轧制过程的有限元模拟结果制订控制策略，将模拟的最佳轧制力曲线转换为压力辊运动的等效速度曲线，控制压力辊使其按预定的速度曲线运动。许思广博士后利用