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。

超大型环件径向轧制设备动梁受力分析和优化

本研究建立了超大型环件径向轧制设备动梁的有限元模型,采用该模型对超大型环件径向轧制设备动梁的受力进行了分析。研究发现,前梁框架的厚度和其中筋板厚度对前梁的强度和刚度都有较大的影响,而且其整体厚度的影响更大,本文基于动梁的有限元计算结果对动梁结构进行了优化设计,获得了可以满足设备功能需求的动梁结构。

超大型环件轴向轧制组合机架受力分析

本文对超大型环件轴向轧制组合机架的受力进行了研究,通过边界条件和载荷施加等关键技术的处理,建立了轴向轧制组合机架受力分析有限元模型,该模型考虑了轧制油缸和环件位置不重合所致附加力矩的作用,采用该模型对轴向轧制组合机架进行了受力分析,研究发现附加力矩对轴向轧制组合机架受力状态将会产生很大影响,附加力矩由前立柱承担是比较合理的,这为实际工程中的上锥辊及其传动装置前、后导向间隙的调整指明了方向。本文的研究工作为超大型环件轴向轧制装置的开发奠定了坚实的基础。

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%。

超大型环件轧制理论与技术

为了保证重大装备在重载、变载、冲击、高温、低温、腐蚀、辐射等严酷工作条件下长期稳定服役,对超大型环件的组织状态和力学性能的要求不断提升。通过锻压成形制造高性能无缝超大型环件,成为国家重大装备极端制造发展的重大需求。为此,总结了我国对于直径Φ5~Φ10 m超大型金属环件径-轴向轧制成形技术装备产学研合作的研究实践进展,建立了超大型金属环件径-轴向轧制物理模型,揭示了超大型金属环件径-轴向轧制成形规律,确定了超大型金属环件径-轴向轧制的力学、运动学、材料学条件,攻克了超大型环件轧制关键技术,并且研制了超大型环件径-轴向轧制系列装备。通过近20年的研究与生产,形成了超大型环件轧制理论,开发了超大型金属环件径-轴向轧制成形成套技术,将我国建设成为国际先进的超大型环件自主开发基地,有力促进了我国重大装备的创新发展。

超大型轧环机径向轧制固定机架受力分析

本文对超大型轧环机径向轧制固定机架的受力进行了研究,通过接触约束施加、边界条件和载荷施加等关键技术的处理,建立了径向轧制固定机架受力分析有限元模型,采用该模型对径向轧制固定机架进行了受力分析,获得了径向轧制固定机架各组成部分应力分布基本规律,并经过结构优化设计获得了强度满足使用要求的径向轧制固定机架,为超大型轧环机径向轧制装置的开发奠定了坚实的基础。

Φ11 m超大型2219铝环多工步轧制研究

针对超大型铝环单工步轧制稳定性和温度难控制、变形难协调导致的环件圆度差和组织不均匀等问题,提出通过多次加热、分步变形的多工步轧制新思路。首先,基于实际生产中环坯的设计制造过程,提出了一种决定变形路径起点的多边形毛坯设计方法和适用于轧制工步划分的径轴向变形量分配技术;其次,根据环件轧制各个阶段的主要特点,设计了超大型铝环多工步轧制工艺方案;最后,建立了超大型铝环多工步轧制智能仿真模型。模拟结果表明,超大型铝环多工步轧制新工艺可行,轧制成形过程稳定,成形的铝环圆度好、等效塑性应变与温度分布均匀。

高性能环件辗轧成形智能仿真优化新思路与研究进展

面对环件辗轧成形过程有限元计算效率极低和成形成性难以一体化调控的挑战,提出了环件辗轧智能建模仿真优化的新思路和新方法。该方法能在有限元计算过程中,实现各轧辊运动的实时协调匹配和基于目标驱动的自动调控,只需要一次有限元计算就可直接获得满足控制量(环件长大速度、轧制力、温度、组织性能等)目标要求的环轧工艺路径;简介了超大型铝合金环件(10 m级)双向辗轧智能建模仿真、超大型筒节环件轧制智能建模仿真、基于力控的大型铝合金环件(5 m级)双向辗轧工艺路径智能仿真优化、基于温控的铸坯环件双向辗轧工艺路径智能仿真优化4个方面的最新研究进展。