一种大型节筒端面坡口加工机床的总体设计

重点论述大型节筒端面坡口加工机床总体方案设计、总体布局、结构设计、ANSYS有限元分析以及步进电机选取和专用弹簧设计等。经过试验证明,该加工机床具有结构设计合理、加工质量稳定、生产效率高、成本低、操作方便、易于维修等特点,具有良好的可行性。

感应加热与传统加热模式大型筒节加热效果研究

目前大型筒节加热采用台车式电阻炉,能耗大、效率低下,设计一种可调式矩形线圈感应加热方式,研究矩形线圈感应加热方式与传统的电阻炉加热方式和螺旋线圈感应加热方式下大型筒节正火加热过程的温度场和热应力,研究结果表明:采用电阻炉加热时,筒节的温度场分布较均匀,但总加热时间较长,需31.4 h达到正火温度940℃;采用螺旋形线圈感应加热时,总加热时间约为19.3 h,相对电阻炉其加热效率有了大幅度的提升,但加热过程中,筒节内外表面的温差更大,开裂风险更高;采用矩形线圈感应器加热时,在均温段筒节内外表面均分布涡电流和加热功率高于螺旋形线圈感应器,其加热效率得到进一步提高,总加热时间约为9.2 h。筒节的整体加热效果较好,热应力也在筒节材料的承受范围之内。

考虑非均匀应力分布的大型筒节轧制力计算模型

为了准确计算筒节轧制力,建立一种基于切块法的考虑筒节不均匀应力分布的轧制力计算模型。根据轧制过程中筒节和轧辊的几何关系,精确计算筒节内外表面的接触弧长;根据筒节非对称轧制条件,考虑非均匀分布的张应力和切应力,建立筒节轧制变形区(前滑区、搓轧区和后滑区)的力平衡微分方程;基于有限元软件Marc研究大型筒节轧制的轧透性条件。对某厂3 700 mm筒节轧机典型产品进行仿真,结果表明模型计算结果与实测结果误差小于10%,满足工业应用要求;为了满足轧制过程稳定性和异步轧制条件,筒节轧制压下量Δh>20 mm,上下轧辊速比1<v2/v1<1.02;上下轧辊速比对平均切应力影响较大,压下量对平均切应力的影响较小。

大型筒节轧制成形热力耦合模拟和工艺分析

与传统自由锻相比,大型筒节轧制成形是一种先进高效的生产工艺,具有短流程、节能节材等优点。本文采用基于热模拟实验的筒节材料流变应力模型,通过有限元热力耦合数值模拟,研究了大型筒节轧制过程的金属变形和温度演变规律,分析了轧制工艺参数对金属变形的影响,为优化轧制工艺,预测和控制成形质量提供了依据。

考虑锥向金属流动的大型锥形筒节轧制力计算模型

由于大型锥形筒节存在锥度,考虑金属沿锥向的流动,首先采用微分分层计算法和切块法建立了大型锥形筒节轧制力力学模型;然后基于ABAQUS有限元软件,建立了大型锥形筒节轧制过程仿真模型。模型计算结果和有限元仿真结果表明:力学模型计算轧制力与有限元计算总轧制力的相对误差在20%以内。对比分析了力学模型和有限元模拟计算单位轧制力的分布。通过分析芯辊和外辊的转速比,得出了所建力学模型的稳定轧制的适用范围。

大型焊接筒节切削刀具的振动特性

为了研究大型焊接筒节切削过程中刀具的振动特性,首先,对切削振动的产生机理进行分析,建立大型焊接筒节切削过程动力学模型;然后,通过参照实际生产加工条件进行切削振动模拟实验,结合模型变化规律修正法对振动模型进行修正,从而验证模型在实际应用中对切削振动预测的可行性与精度保持性;最后,确定大型焊接筒节切削振动产生的临界条件,为进一步研究大型结构不稳定零件加工过程的振动规律提供理论支撑。

基于上限法的大型筒节轧制力能参数建模分析

为深入理解大型筒节轧制变形力学行为,运用上限法建立了满足运动边界的速度场和应变速率场,建立了变形区金属塑性变形功率、剪切功率和摩擦功率的计算模型。考虑抱辊力对大型筒节成形的影响,利用能量原理建立了大型筒节轧制力能参数计算解析模型。并基于自主编制的仿真软件分析了筒节尺寸、轧制速度和摩擦因数等工艺参数对轧制力能参数的影响规律。对比了计算结果与轧制现场实测数据,发现最大偏差不超过10%,说明计算结果与实测数据吻合较好,所建模型能准确快速预测大型筒节轧制力能参数。

2.25Cr1Mo0.25V大型筒节喷淋冷却仿真和实验研究

提出了大型筒节轧后喷淋冷却方法,并设计了喷淋冷却装置;基于ABAQUS软件对大型筒节轧后喷淋冷却过程进行温度场模拟,结果表明喷淋冷却后筒节表面和心部温差小、温度场分布均匀,喷淋冷却筒节平均冷速可达到10℃·s^(-1)。实验研究了筒节材料2.25Cr1Mo0.25V钢的动态CCT曲线和不同形变-冷却工艺下筒节的微观组织,结果表明当平均冷速为10℃·s^(-1)时,冷却后组织主要为贝氏体组织,且随着变形温度的降低,贝氏体的条束状组织特征越明显,增加变形时的形变量,组织中条片状结构含量增多,相应的晶界逐渐明显。

大型筒节2.25Cr-1Mo-0.25V钢的组织遗传及轧后冷却控制

根据大型筒节的轧制和轧后冷却模型,模拟大型筒节轧制截面的应变率和轧后冷却速度曲线;结合Gleeble-3800对金属小试样2.25Cr-1Mo-0.25V钢进行了热压缩模拟实验,得出了多道次压缩的流变应力曲线;分析了小试样热变形后不同冷却方式对其组织形貌的影响和对后期正火晶粒细化的作用。结果表明,2.25Cr-1Mo-0.25V钢轧制过程心部大部分区域温度不变;轧制压下率低,心部应变率不足10%;道次间歇时间长,静态软化率高达95%,奥氏体晶粒回复长大;轧后空冷过程心部冷却速度缓慢,冷却后基体主要为粒状珠光体组织,经后期热处理晶粒不易细化,是造成组织遗传的主要原因;增大轧后冷却速度和降低冷却转变温度有利于后期热处理晶粒细化,采用喷淋-空冷联合冷却能充分利用大型筒节的轧后余热,冷却过程热应力较小,有利于促进后期热处理组织细化。

大型锻造件筒节切削加工性及提高切削效率措施

大型筒节零件的粗加工难度极大,文中主要介绍目前国内大型筒节切削加工的特点,通过对加工难点的分析,提出提高大型筒节粗加工效率的有效措施,对筒节重型车削加工的实际生产具有借鉴作用。

大型筒节升梯式临界区正火热处理工艺

针对加氢反应器大型筒节经轧制成型后心部易出现混晶和粗晶组织和当前等温式正火工艺热处理周期长、能源消耗大两大问题,提出升梯式正火热处理方案,并与传统的等温式正火热处理制度下组织和力学性能进行对比。研究结果表明:升梯式临界区高温侧正火对降低混晶度的效果优于等温式正火的效果,其热处理后平均晶粒粒径为31μm;升梯式临界区高温侧正火热处理后在晶界处析出部分渗碳体,对晶界起到钉扎强化作用,晶粒内部渗碳体球化和均匀化效果好;经升梯式正火热处理后材料的屈服强度、抗拉强度和-30℃夏比冲击吸收功分别为655 MPa,729 MPa和162 J,其低温冲击断口塑性脊数量明显,综合力学性能与等温式正火的相当;与等温式正火工艺相比,升梯式临界区高温侧正火热处理工艺可将正火保温时间缩短30%,正火加热温度降低,大大降低了能源消耗。

考虑剪切效应的金属本构关系模型及其在大型筒节轧制成形中的应用

筒节轧制变形区存在搓轧区,为研究该区域中压剪复合作用对筒节轧制成形的影响,建立了考虑剪切效应的变形抗力数学模型,并分析了剪切效应对筒节轧制力的影响。首先设计了SCS压剪试件和普通圆柱试件,并进行了高温压缩实验,建立了考虑剪切效应的变形抗力数学模型;然后建立了筒节轧制有限元模型,得到了筒节的有限元轧制力,并与轧制力的理论计算结果、工厂实测结果进行了对比。结果表明,SCS压剪试件能够达到更大的应变程度和更小的应力,考虑剪切效应得到的筒节轧制力更接近工厂实测轧制力,相对误差在8%以内,证明应用考虑剪切效应的变形抗力数学模型能够提高筒节轧制力的计算精度。

大型筒节轧制成型过程三维数值模拟

采用有限元分析软件,建立筒节轧制过程多体接触非线性热力耦合有限元三维模型,研究大型筒节轧制过程中的工件的宽展变形和温度场变量分布情况,验证锻透性和咬入条件等工艺条件,为研究大型筒节轧制轧制力能参数、验证轧机设备能力等奠定了基础。

大型筒节轧制成形机理研究

近年来,由于能源、航空航天、冶金与石油化工等行业的高速发展,导致大型筒节的应用范围日益扩大,使其对国民经济起着越来越重要的作用。研究大型筒节轧制成形机理研究可以辅助大型筒节轧机设计和有助于大型筒节轧制工艺研究。本文依托国内某重型机械厂的双辊驱动筒节轧机,对大型筒节轧制过程中的咬入条件、锻透状态、直径扩大等轧制变形规律和成形机理展开了研究。

大型筒节翻转机基于Solidworks的虚拟样机设计及性能仿真分析

大型筒节翻转机是一种用于对大型筒节进行调运、输送、翻转、加工等操作的设备。其主要结构由直角框架绕转轴双向旋转构成,实现将大型筒节的轴线由水平方向转成垂直方向或由垂直方向转成水平方向的操作。由于大型筒节及翻转机自身的重量都很大,因此其结构性能的可靠性是整个设计的重点内容。本研究主要是利用Solidworks软件的虚拟建模及其COS-MOSWorks模块的有限元仿真分析功能高效的完成对翻转机的概念设计,简化整体设计过程,并对设计参数实现系列化处理。

大型铝合金筒节轧制过程圆度控制及影响因素分析

针对大型6061铝合金筒节轧制过程中的圆度变化机理和影响因素进行了研究。首先在Gleeble-3800热模拟实验机上进行热模拟实验,获得6061铝合金材料的真应力-真应变曲线。其次基于有限元方法建立了大型6061铝合金筒节轧制过程模型,通过与自建模型计算结果和模拟实验结果进行对比,验证了有限元模型的可靠性。然后基于有限元模型分析了固定导向、定向导向和圆弧导向3种不同控制模式下铝合金筒节的圆度误差,结果表明定向导向辊控制方式效果最佳;分析了轧制速度、轧制温度和轧辊偏心距对筒节圆度误差的影响,结果表明:随着转速增大,筒节圆度误差逐渐增大;温度对筒节的圆度误差影响不大;偏心距调整对整个筒节轧制过程的圆度误差控制效果一般,但轧制过程中对筒节的不同位置,通过在线调节轧辊偏心距可以达到实时调节筒节圆度的目的。

大型筒节喷射冷却工艺优化及与传统水槽冷却工艺效果对比

针对大型筒节传统热处理过程中水槽冷却能力差和效率低问题,提出一种大型筒节喷射冷却方法,对大型筒节喷射冷却装置和工艺进行了仿真模拟和实验研究。首先设计了一种位置可调的组合式喷射冷却装置,基于正交实验研究了水流密度、喷射压力、喷射角度和冷却段喷射与间隙时间比对温度均匀性、热应力和冷却时间3个指标的影响,确定了最优参数组合。通过仿真和实验,对比分析了大型筒节喷射冷却与传统水槽深冷工艺效果,结果表明,经喷射冷却后的大型筒节晶粒度和各项力学性能均满足要求,筒节温度均匀性更好、热处理效率更高、热应力在允许范围之内。研究成果可为大型筒节高效短流程生产、绿色制造成形提供理论依据。

大型筒节锻件热加工中的质量控制

以某大型筒节锻件为例,对冶炼、铸锭工艺、锻造工艺以及热处理工艺进行了分析研究,提出了各工艺环节的质量控制措施。利用该工艺措施成功制造了具备良好的强度、冲击性能和低温韧性的大型筒节锻件。

大型筒节轧机结构研究与参数计算

整形轧制已逐渐成为大型筒节高效、节能降耗的主流生产工艺。以大型筒节轧机为研究对象,通过与现有辗环机比较,提出了轧机主要结构设计需要考虑的问题,根据其工作特点确定大型立式筒节轧机设计的合理性,阐述了工作原理与结构,并结合工作过程进行了主要工艺参数计算,包括轧制条件、扩径模型、轧制力能参数等,对提高大型筒节轧机工艺和设备设计水平具有一定指导意义。

坯料锥度引起的铝合金筒节轧制过程跑偏研究

针对大型6061铝合金筒节在环轧过程中由坯料锥度引起的跑偏现象,研究了其跑偏机理和跑偏控制策略。在Gleeble-3800热机械模拟机上对6061铝合金试样进行了不同温度和应变速率下的热模拟实验,获得了6061铝合金的变形抗力模型;基于商业化有限元软件DEFORM建立了不同锥度的大型6061铝合金筒节环轧仿真模型。仿真结果表明,当筒节锥度小于1∶12.5时,筒节会产生较大的负向轴向力,筒节金属向左流动,有向左跑偏的趋势。当筒节锥度大于1∶8.33时,会产生较大的正向轴向力,筒节金属向右流动,有向右跑偏的趋势。基于下工作辊的摆动结构,通过适当调节下工作辊的倾斜度可以控制大型铝合金筒节轧制过程的跑偏现象。该研究为大型铝合金筒节的工业生产提供了参考依据。