大型台阶环件分步轧制成形工艺模拟研究

大型环锻件作为风电、航空航天等领域的关键零部件,其制备质量和效率已成为行业发展的重要因素。针对台阶环件的精准轧制问题,采用热模拟试验与数值模拟相结合的方法,研究了Q345E钢不同工艺参数下的热变形行为,分析了不同轧制方式下金属的流动规律。结果表明:当变形温度在1100℃以上时,应力-应变曲线呈现出动态再结晶特征。同时,确定了最优变形工艺参数,即温度在1050~1250℃之间,应变速率在0.1~1 s^(-1)之间。特别地,针对大型内台阶环件的成形,提出了矩形毛坯逐步产生轴向壁厚差的分步轧制新方法。

基于锻坯的大型内台阶环件双件轧制

利用Gleeble-3500D热模拟实验机对Q345E钢进行单道次热压缩实验,建立起环件用钢的流变应力模型,在有限元模拟软件SIMUFACT中建立起大型锻坯内台阶环件双件轧制三维数值仿真模型,对大型内台阶环件一个生产周期内的环件轧制过程进行了数值模拟,并对其可靠性进行了实验验证,研究了环件热轧过程中环件不同部位的等效应变场、温度场、辗扩力以及金属流动特性的规律。结果表明:轧制过程中环件的应变分布规律为,驱动辊、芯辊与环件台阶高度的应变、环件的棱角区的应变要明显大于环件其他部位的应变,且越靠近这些部位的应变越大,反映出整个环件轧制过程中变形区由成形辊与环件接触面部位和棱角处向环件内部逐渐扩展;环件的高温区域越来越来窄,且向环件内部集中,环件内部的温度要远远高于驱动辊和芯辊与环件接触部位的温度;轧制力与轧制力矩的变化规律为先增大后保持在一定范围内波动,最后逐渐下降。

台阶截面环件轧制缺陷和对策

分析了两种典型台阶截面环件（法兰和阶梯孔环件）的轧制变形特点．以此为基础阐明了台阶截面环件轧制缺陷形成机制，提出了防止轧制缺陷的对策和方法．

台阶截面环件轧制中的拉缩和壁厚变化规律

分析了矩形截面环件轧制特点，导出了其轧制中的壁厚减小量的分配计算式。以此为基础研究了矩形截面环件轧制成形台阶截面环件的壁厚变化规律和环件主动变形部分对被动变形部分的拉缩作用，进一步提出了综合拉缩系数的概念，并给出了其数值的计算式和取值范围。通过台阶截面环件轧制实验测定了综合拉缩系数，同时指出矩形截面环件是可以轧制成形台阶截面环件的。

台阶锥形环件冷辗压中等效塑性应变规律研究

针对航空发动机中台阶锥形环件,以ABAQUS软件为平台,建立三维模型,研究了轧制过程中的等效塑性应变PEEQ变化情况,并根据台阶锥形环件截面特征,对关键点的等效塑性应变进行了分析,分析结果有助于研究该类零件轧制过程中金属流动规律。进一步研究发现,等效塑性应变平均值PEEQa随着芯辊进给速度的增加而减小,随着驱动辊转速的增加而增加。

异形环件冷辗扩中环件半径扩大变形行为研究

异形环件冷辗扩是一种可以精密成形复杂截面的无缝环形零件的先进局部塑性成形技术,在航空、航天、汽车、轴承等制造工业中占据着十分重要的地位.在该成形过程中,随着芯辊压下量的不断增加,环件的半径不断扩大,因此,环件的半径扩大变形与芯辊的压下量密切相关.研究环件的半径扩大变形行为对于环件尺寸的精确控制和进给运动的设计具有十分重要的意义.本文基于理论解析法,研究了一种典型的异形截面环件即台阶形截面环件冷辗扩成形过程中,环件半径扩大变形与压下量之间的关系,发现并证明:在台阶形环件辗扩中,型槽填充深度的增加量始终小于压下量;在内台阶环件冷辗扩中,环件外径和大孔内径与压下量之间为单调递增的凹函数关系,即随着压下量的增加,环件外径和大孔内径扩大得越快;在外台阶环件冷辗扩中,环件内径和小外径与压下量之间也为单调递增的凹函数关系,即随着压下量的增加,环件内径和小外径扩大得越快.

内台阶型环件径轴向辗轧技术

通过理论分析、数值模拟与试验相结合的方法,对内台阶型环件径轴向辗轧技术进行研究,分析确定了初始辗轧方案。针对某一齿圈设计了用于辗轧内台阶型环件的芯辊,设计了梯形截面与矩形截面两种不同形状的毛坯,并对两种不同毛坯的辗轧过程进行仿真模拟与试制试验。结果表明：二者的圆度及壁厚均匀性都较好;在辗轧初期,梯形截面毛坯的轧制力较小,且随着轧制的进行,整体呈现出减小的趋势,且二者趋于一致;采用梯形截面毛坯成形的环件的温度、应变分布较为均匀。综合考虑辗轧过程中轧制力和成形环件几何尺寸、温度及应变分布的均匀性,梯形截面毛坯优于矩形截面毛坯,但前者制坯难度较大,且矩形截面毛坯亦能轧出合格齿圈,故矩形截面毛坯更适合于内台阶型环件径轴向辗轧过程。