大型磨辊轴锻造工艺研究及数值模拟

论文摘要

大型锻件是机器设备的关键和核心部位,是重大装备的制造基础件,是衡量一个国家工业水平和国防力量的重要标志之一。近些年来,世界工业的发展增加了大型锻件的需求量,并且对质量的要求也日益提高。由于大型锻件的重量和尺寸不断地增大,锻造时所需钢锭尺寸和重量也越来越大,大钢锭锻造时极高的质量要求给锻造业提出了新的课题。磨辊轴是ATOX型立磨上的重要大型零部件,随着设备大型化的发展,磨辊轴尺寸也在逐渐增大。磨辊轴零件除了外形具有不同截面的台阶轴,局部还具有一个尺寸为1850mm×1100 mm的矩形截面。按照传统工艺锻造,原始钢锭镦粗直径要达到Φ2900mm,超出了现有8400T水压机的锻造能力,而且如果采用大钢锭来锻造,工艺损料大,造成了巨大的材料浪费。锻件矩形法兰部分尺寸大,锻造时难以保证外观尺寸及内部质量要求。为了提高产品质量和经济效益,必须进行技术改进与创新,经过深入分析研究,决定运用胎模锻造的锻造工艺。本文首先结合磨辊轴的形状尺寸,具体深入分析了磨辊轴整体锻造工艺,并对内部孔洞缺陷进行研究,运用有限元软件DEFORM-3D对内部含有孔洞的锻件模型进行拔长工序的模拟研究,通过对在不同参数条件下孔洞闭合效果的分析研究,得出较佳的工艺参数,为实际生产提供依据。由于磨辊轴法兰部分方角的存在,加大了胎模锻造成形的难度。利用数值模拟技术,不断地对成形工艺进行研究,分别对不同工艺下的成形效果进行分析比较,找到了较佳的工艺方案;而后根据局部胎模成形的特点,对在不同模具结构下的成形进行模拟,通过分析对比,最终得出了合理的锻造工艺及模具结构,进而获得了理想的锻件产品。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 大锻件锻造工艺现状与进展
• 1.2.1 镦粗工艺的研究状况
• 1.2.2 拔长工艺的研究进展
• 1.2.3 胎模锻造工艺的状况
• 1.3 有限元的发展和应用
• 1.3.1 有限元的发展
• 1.3.2 数值模拟技术在锻件生产中的应用
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 磨辊轴锻造工艺分析与研究
• 2.1 磨辊轴锻件形状分析
• 2.2 磨辊轴的锻造工艺分析
• 2.2.1 自由锻工艺分析
• 2.2.2 胎模锻工艺分析
• 2.3 锻造工艺的经济性分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 磨辊轴孔洞缺陷的分析与研究
• 3.1 孔洞缺陷分析
• 3.2 平砧拔长过程中孔洞闭合的模拟研究
• 3.2.1 模拟条件及其实现
• 3.2.2 不同砧宽对锻件内部孔洞闭合效果和心部质量的影响
• 3.2.3 不同的压下量对内部孔洞闭合效果和心部质量的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 磨辊轴镦粗、拔长工艺过程的数值模拟
• 4.1 模拟条件及其实现
• 4.1.1 模型的建立
• 4.1.2 模拟条件的实现
• 4.2 数值模拟结果与分析
• 4.2.1 第一次镦粗模拟结果与分析
• 4.2.2 第一次拔长模拟结果与分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 磨辊轴胎模锻造工艺的数值模拟研究
• 5.1 锻造工艺的模拟研究与选择
• 5.1.1 模拟条件及其实现
• 5.1.2 锻造工艺参数的确定
• 5.1.3 模拟结果分析
• 5.2 模具结构的模拟优化
• 5.2.1 模拟条件及其实现
• 5.2.2 模拟结果分析
• 5.3 生产验证
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果