超大型环件径轴向轧制过程偏移机理及自适应模糊控制方法研究

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移,影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法,分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律,建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件,获得了滑移区的最优速度匹配系数。此外,从历史轧制数据中归纳人工控制经验后提出了基于锥辊转速自适应模糊调节的环心偏移量控制方法,基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发,建立了集成有环心偏移量模糊控制算法的∅10 m超大型环件径轴向轧制有限元模型,研究了采用最优速度匹配系数的常规控制和自适应模糊控制下的环心偏移量变化规律。结果表明,自适应模糊控制下的平均环心偏移量相比于常规控制降低了72.4%,仿真结果和试验数据均验证了所提超大型环件轧制过程偏移自适应模糊控制方法的有效性。

大型环件的径轴向轧制工艺模拟和研究

研究了大型环件的径轴向轧制工艺。利用有限元模拟试验对具体的大型环件产品进行模拟轧制,通过对不同的毛坯和不同的工艺参数的选取进行试验和分析,找出了毛坯设计及工艺参数选取与控制的基本方法和规律,揭示了大型环件径轴向轧制过程的变形规律和机理,分析了轧制过程中产生的问题和缺陷的实质,为实际的工业生产提供了依据。

环件径轴向轧制毛坯尺寸设计方法

毛坯尺寸设计是环件径轴向轧制过程优化设计的前提和基础,合理的毛坯尺寸设计,对于成功建立环件径轴向轧制过程、通过包括毛坯在内的过程优化设计以获得精确的环件尺寸和良好性能,具有十分重要的意义。为此,提出一种基于轧比和径轴向变形量分配比的矩形截面环件径轴向轧制毛坯尺寸设计方法,给出毛坯尺寸的计算公式与确定流程,阐明该毛坯尺寸设计方法的特点及应用范围。该方法基于体积不变原理,针对同一环件的轧制,可以设计不同轧比和变形量分配比的多个环坯,为研究不同环坯下的环件径轴向轧制变形行为、工艺规律以及包括毛坯在内的工艺过程优化设计、成形成性一体化调控提供了重要的方法和基础。

TC4钛合金环件径轴向轧制数值模拟

基于Deform-3D平台建立了环件径轴向轧制三维有限元模型,模拟分析了TC4钛合金环件径轴向轧制过程。结果表明:金属流动曲线呈现上下波动变化,外层金属流动速度大于内层金属;等效应变曲线呈阶梯状上升趋势,金属进入径向轧制区后塑性变形程度加强,致使等效应变逐渐上升,而在轴向及其余非轧制区等效应变变化不大,环件外圈等效应变最大,中层最小;内、外层环面金属温度曲线呈周期性波浪式下降趋势,中间层金属温度曲线呈阶梯状上升趋势。

环件径轴向轧制的咬入条件分析

介绍了环件径轴向轧制工艺原理,在环件径向轧制理论体系的基础上,通过建立径轴向轧制中轴向孔型的咬入模型,主要研究了轴向孔型中的咬入条件以及其影响因素,并分析了径向与轴向两孔型中咬入条件的相互影响,为环件径轴向轧制生产提供了理论依据。

环坯温度分布状态对径轴向轧制变形遗传影响

径轴向轧制是制造大型无缝锻态组织环件的先进塑性成形工艺。径轴向轧制生产中,由于环坯锻造时不同部位的变形和传热条件不同,导致环坯温度分布不均匀,会对轧制过程环件变形和组织演变产生不同的遗传影响,而现有的研究都忽略了这一因素。为此,采用仿真模拟分析方法来研究环坯温度分布状态对径轴向轧制变形的遗传影响。基于SIMUFACT有限元分析软件平台,建立42CrMo大型环件径轴向轧制三维热-力-组织多场耦合仿真模型,并通过耦合环坯冷却模型建立6种不同环坯温度分布状态。通过模拟分析,研究6种环坯温度分布状态对轧制成形环件应变、温度及晶粒尺寸大小及分布的不同遗传影响规律。结果表明,环坯上下表面低温分布状态导致环件轴向应变、温度和晶粒尺寸均值减小,轴向应变均匀性增加、轴向温度和晶粒尺寸均匀性减小;环坯内外表面低温分布状态导致环件径向应变、温度和晶粒尺寸均值减小,径向应变均匀性增加,径向温度和晶粒尺寸均匀性减小。研究结果为径轴向轧制合理调控环坯温度分布状态从而提高成形环件质量提供科学依据。

大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应研究

环件径轴向轧制成形技术是生产大型高品质无缝环件的最佳加工方法。本文通过对比分析不同厚度和高度环坯条件下的环件变形状态,揭示了大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应。研究发现,较小的环件毛坯厚度和高度会改善大型环件径轴向轧制的锻透性,两者都有助于环件直径的增大和环件变形均匀性的提高,同时对于提高成形过程中环件截面的成形质量也有利。

大型环件径轴向轧制成形工艺制定研究

大型环件径轴向轧制成形工艺复杂,合理的成形工艺可以提高大型环件径轴向轧制成形的产品质量。本文对大型环件径轴向轧制成形工艺制定进行研究,给出了成形工艺制定流程和方法,其中包括轧制成形环件冷态和热态尺寸的确定、环件毛坯冷态和热态尺寸的确定、环件径轴向轧制成形工艺的确定。本文的研究成果在大型环件径轴向轧制技术的实际生产中获得了成功应用。

Φ9m超大型环件径轴向轧制成形仿真模拟与实验

目前,国内对Φ5m以上超大型环件轧制技术与装备的研究几乎是空白,该文在自主研制的最大轧制Φ9m的RAM9000大型数控径轴向轧环机上,开展了大型风电设备用Φ9m风塔法兰环件轧制成形工艺模拟与实验研究。基于环件轧制工艺设计理论并结合生产实践经验,设计了Φ9m超大型环件轧制工艺参数;针对超大型环件轧制变形特点,提出了一种新的进给规范。运用ABAQUS有限元模拟软件进行轧制成形仿真模拟分析,并以仿真模拟结果为指导,在RAM9000数控径轴向轧环机上成功轧制成形了Φ9m风塔法兰环件。为推进我国超大型环件轧制技术开发与应用奠定了重要基础。

超大型环件径轴向轧制过程稳定性与圆度自适应控制方法研究

超大型环件径轴向轧制过程失稳、失圆等异常状态常导致轧环终止和产品质量波动。提出了轧环过程稳定性和圆度自适应控制方法,从历史数据中归纳人工控制经验知识,建立了基于锥辊转速模糊调节的轧制稳定性控制方法,制定了基于导向力反馈的轧制圆度控制策略。运用ABAQUS有限元软件和子程序二次开发,设计了轧环过程稳定性和圆度自适应控制子程序,建立了Φ16 m超大型环件轧制过程控制有限元模型,仿真分析了锥辊转速模糊调节、导向力反馈以及基于限幅滤波的锥辊转速模糊调节+导向力反馈综合控制下的轧环过程偏移量和圆度误差变化规律,结果表明该方法与常规规划控制相比,环件偏移量减小了48.3%,圆度误差减小了61.8%。

环件径轴向轧制中轴向爬升机制与抑制方法研究

环件径轴向轧制过程是多运动耦合作用下的复杂动态变形过程,轧制过程中容易出现各种不稳定现象,研究针对环件在径向孔型中沿轴向向上爬升(又称爬辊)的轧制失稳现象,首先运用力学理论,分析了环件在径轴向轧制过程中的受力状态,揭示了其爬辊现象产生的力学机制,然后提出了一种基于导向辊的形状与分布优化设计的爬辊现象抑制方法,并通过有限元模拟和实验验证了该方法的有效性。研究结果为实际生产中有效地解决爬辊现象提供了科学指导依据。

环件径轴向轧制过程锥辊旋转运动学分析

稳定轧制是环件径轴向轧制过程保证产品质量的重要条件之一。文中基于几何关系和运动学原理,对环件径轴向轧制过程中锥辊与环件接触区旋转运动进行了研究,结果表明:轴向锥辊在与环件接触面处的旋转线速度尽量保持一致非常关键,轧制过程中应尽可能地保证锥辊锥顶点位于环件的圆心处。锥辊转速大于环件转速时,应增大径向孔型中的轧制力矩,使环件重新稳定;锥辊转速小于环件转速时,会导致轧制无法正常进行,出现环件位置严重偏移或卡环等现象。

大型环件径轴向轧制有限元模拟中导向辊运动控制

利用数学软件MATLAB,对导向辊运动过程中的角速度、水平(X)、竖直(Y)方向的位移进行了计算,将获得的计算数据导入到通用模拟软件ABAQUS中,并利用其对4.6m大直径环件径、轴向轧制成形过程进行成形仿真。结果表明,合理的导向辊运动控制实现了大型环件的径、轴向轧制,模拟结果显示,应力、应变分布及端面鱼尾形状等符合实际。

大型环件径轴向轧制成形仿真及试验研究

基于有限元分析软件Deform-3D建立了符合实际生产的316不锈钢环件热力耦合三维有限元模型。首先研究了径轴向环件轧制过程中的等效应变、温度场、轧制力能参数和金属流动速度场的变化规律;其次从环坯初始温度、驱动辊转速和芯辊进给速度三方面探讨了如何优选轧环机的问题;最后为验证本文模拟所得参数的可靠性进行了试验研究。将径轴向环件轧制成形仿真和试验研究直接关联,进行一系列的工艺参数及成形成性规律研究,为大型环件实际生产提供了一定的参考价值。

大型凸台截面环件径轴向轧制刚性稳定条件研究

保证轧制过程稳定性是实现大型异形截面环件轧制成形的难点之一,以大型凸台截面环件为研究对象,通过理论解析方式建立了轧制过程环件刚性稳定数学模型,借助MATLAB数学分析软件探讨了凸台截面环件的几何特征对环件刚性稳定的影响。基于ABAQUS有限元分析软件对建立的环件刚性稳定模型进行了模拟验证。结果表明,模拟值与理论值的最大相对误差小于6%。通过对铝合金环件进行准静态压弯物理实验模拟环件失稳变形过程,实验值与理论值最大误差在10%以内。

面向大型环件径轴向稳定高效轧制的变形过程规划方法研究

针对大型环件径轴向轧制成形过程规划问题,根据成形锻件和环坯的尺寸特征,提出了一种轧制变形路径规划的理论模型,确定了关键参数对理论模型的线型及其曲率变化的影响规律和选取方法;建立了芯辊进给速度数学模型,考虑环件径向轧制孔型的锻透和咬入条件以及环件外径扩大速度,确定了相关参数的合理范围,结合轧制变形路径和芯辊径向进给速度,得到上锥辊的轴向进给速度;针对典型截面环件轧制变形过程进行规划,借助ABAQUS软件建立了大型环件径轴向轧制热力耦合三维有限元模型,并按照所规划的过程进行了仿真,仿真结果表明,该规划方法可以保证环件轧制过程顺利稳定进行,并通过实验进行了验证。

初轧温度对Ti2AlNb钛合金环件径-轴向轧制过程的影响

基于Simufact Forming有限元软件对Ti2AlNb钛合金径-轴向环件轧制过程进行了数值模拟,研究了不同初轧温度对驱动辊径向轧制力能参数以及环件成形后的等效应变、温度的影响规律。结果表明:随着环件成形温度的升高,在环件轴向截面,等效应变标准差分布越来越均匀,而温度标准差分布差异却越来越大;在环件轧制初期,温度对轧制力影响显著,驱动辊轧制力增加速度及其峰值随环件成形温度的升高逐渐降低;在环件轧制后期,温度对轧制力的影响很小。

成形条件对大型环件径轴向轧制成形影响研究

环件径轴向轧制成形技术是生产大型高品质无缝环件的最佳加工方法。对大型环件径轴向轧制成形工艺进行了深入研究,通过对比分析不同材料和径轴向进给比条件下的环件变形状态,揭示了成形条件对大型环件径轴向轧制成形的影响规律。研究发现:动态再结晶效应好的铝合金环件材料在径轴向轧制成形时比碳钢环件变形更不均匀,成形过程截面质量更差,为了增加环件径轴向轧制的材料变形均匀性,可以适当地降低环件的成形温度,特别是环件表面的温度;对于厚度和高度尺寸相当的环件产品,在其他成形条件相同时,较大的径轴向压下比可以提高环件的变形均匀性。

J307轮箍径-轴向轧制变形分析

提出基于环件外径实时变化的辊系运动自适应控制策略,以J307轮箍为研究对象,基于Marc/SuperForm有限元软件子程序开发,实现对轮箍轧制全过程的三维有限元模拟,分析轮箍轧制过程的尺寸变化、变形分布及轧辊受力等信息。结果表明:在既定工艺条件下,轧制第9~13圈时轮箍外径增量较大,最大达78 mm/圈;轧制过程轮箍断面心部变形最小,第9圈前心部变形主要发生在径向变形区,第9圈后轴向变形区也发生明显变形,轧制结束时断面心部累积变形应变达1.09;主辊和芯辊受力在轮缘孔型完全充满时均达最大、约1400 kN,锥辊在外径达912 mm时受力最大、约900 kN。

L形截面环件径轴向轧制过程数值模拟与工艺优化

径轴向轧制成形技术是生产大型高品质L形截面无缝环件的理想加工方法。以Deform有限元软件为平台,对L形截面环件径轴向轧制过程进行了数值模拟,揭示了L形截面环件轧制过程中折叠和凹坑缺陷的形成机理。以此为基础,对初始环件尺寸和轧制工艺进行了优化。研究结果表明:初始环件尺寸和轧制速度设计不合理是缺陷出现的主要原因;优化后的初始环件和进给速度能够消除缺陷,使环件的截面形状填充较好。