双金属环件轧制过程中的锻透研究_张芳萍.pdf
《双金属环件轧制过程中的锻透研究_张芳萍.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《双金属环件轧制过程中的锻透研究_张芳萍.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、对双金属环件轧制过程中压下量和锻透率之间的关系进行了研究,通过建立双金属环件的三维有限元模型,借助有限元分析软件 ABAQUS,根据环件锻透理论计算了芯辊的最小压下量,并以此为依据对不同芯辊压下量进行数值模拟,分析了双金属环件轧制过程中塑性区的分布规律以及芯辊压下量对双金属环件锻透率的影响规律,验证了环件锻透理论可用于双金属环件轧制过程的锻透性分析。当压下率为 1.0%时,双金属环件完全锻透,而经验三角形法则计算的锻透率为 21%,说明经验三角形法则不能够有效地判断双金属环件轧制过程的锻透性。关键词:双金属环件;压下量;锻透率;锻透理论;经验三角形法则DOI:10.13330/j.issn.1
2、000-3940.2023.06.015中图分类号:TG335 文献标志码:A 文章编号:1000-3940(2023)06-0102-06Research on forging penetration in rolling process of bimetal ringZhang Fangping,Zhang Anan,Cheng Xinyao,Wang Chao(Engineering Research Center of Heavy Machinery,Ministry of Education,Taiyuan University of Science and Technology,T
3、aiyuan 030000,China)Abstract:The relationship between reduction amout and forging penetration rate in the rolling process of bimetallic ring was deeply stud-ied,and by establishing a three-dimensional finite element model of bimetallic ring,using the finite element analysis software ABAQUS,the minim
4、um reduction amount of core roller was calculated based on the forging penetration theory of ring.Then,the numerical simula-tion was conducted under different reduction amounts of core roller,and the distribution laws of plastic zone in the rolling process of bimet-al ring and the influence of the r
5、eduction amount of core roller on the forging penetration rate of bimetal ring were analyzed to verify that the forging penetration theory of ring could be used for the forging penetration analysis of the rolling process for bimetallic ring.The results show that when the reduction ratio is 1.0%,the
6、bimetallic ring is completely forged,but the forging penetration rate calculated by the em-pirical triangle rule is 21%,indicating that the empirical triangle rule cannot effectively judge the forging penetration of the rolling process for bimetallic ring.Key words:bimetallic ring;reduction amount;f
7、orging penetration rate;forging penetration theory;empirical triangie rule收稿日期:2022-08-03;修订日期:2022-11-10基金项目:山西省先进钢铁材料重点科技创新平台项目(2018-05D115061-2)作者简介:张芳萍(1971-),女,硕士,副教授E-mail:2002055 金属环形件是装备制造业和工业领域典型的传动、回转、连接的基础零件1。双金属环件能够综合各组元的优点,适用于不同的工作环境,被广泛应用于各行各业。而双金属环件在轧制过程中,有时因未满足锻透条件会出现零件转动,但尺寸却未发生变化的情
8、况2。目前,我国对双金属环件轧制过程的锻透研究,所依据的理论来源主要是华林等3提出的环件锻透相当于有限高度块料拔长的计算模型,并依据滑移线理论分析计算模型的塑性变形,得到环件的锻透条件。王成威4将环件锻透条件应用于复合材料轴承套圈冷辗扩研究中,而对于锻透条件是否适用于双金属复合材料的锻透分析,并无进一步论证。Yang S5基于滑移线场和矩阵理论,在 GFM 锻压机上对棒材的锻透性进行了系统研究和实验验证。范佳鑫等6研究发现,使用含有预成形段和双圆弧的锤头,其锻透性比仅含有整形段和凹圆弧的锤头有显著改善。王俊士等7在旋转锻造过程中发现,随着锤头入口阶数及角度的变化,在不提高径向应力的同时工件锻透
9、性可得到改善,达到锻透效果。栾谦聪等8验证了经验三角形法则能够更保守地判断轴类锻件径向锻造过程中的锻透性,安全系数更高,可用于工业生产。而对于经验三角形法则是否也适用于双金属环件的锻透性分析,国内外对其研究较少。因此,为了解决轧制过程中双金属环件只是转动但尺寸不变的现象,对双金属环件进行锻透分析,以提高环件的质量。1 理论依据1.1 环件锻透理论环件产生轧制变形的条件为3:h hmin=6.55 10-3(R-r)21R1+1R2+1R-1r()(1)式中:h 为轧辊径向每转进给量;hmin为环件每转进给量的最小值;R1为芯辊的工作半径;R2为驱动辊的工作半径;r、R 分别为环坯的内、外半径。
10、1.2 经验三角形法则计算锻透性经验三角形法则示意图如图 1 所示,根据该方法可得,锻透深度是由以 AB 为底的等腰直角三角形顶点的深度确定9-10。依据经验三角形法则,提出了计算锻透深度的公式:E=2hsincos2()-h(2)式中:E 为锻透深度;h 为单边压下量;为锤头预成形段与轴向的夹角。图 1 经验三角形法则示意图Fig.1 Schematic diagram of empirical triangle rule压下率和锻透率为:=hh0(3)0=Er0(4)式中:为压下率;0为锻透率;h0为双金属环件的壁厚;r0为双金属环件的一半壁厚,r0=h0/2。在环件轧制过程中,不同的毛坯
11、尺寸以及不同的单边压下量下,锤头预成形段与轴向的夹角也不同。根据式(2)式(4)得到单边压下量与锤头预成形段和轴向夹角的关系、锻透率与压下率的关系,如图 2 和图 3 所示。图 2 单边压下量和锤头预成形段与轴向夹角的关系曲线Fig.2 Relationship curve between unilateral reduction amount and angle of preformed section for hammer head and axial direction图 3 锻透率与压下率的关系Fig.3 Relationship between forging penetration
12、 rate and reduction rate由图 2 和图 3 可知,锤头预成形段与轴向的夹角随着单边压下量的增加而增大,可近似表示成单边压下量的线性函数,而锻透率的增长速度随着压下率的增加而减少。2 双金属环件轧制的有限元模拟2.1 轧制模型的建立在双金属环件的轧制锻透模型中,只要在轧制开始时双金属环件可以满足锻透条件,那么在之后的轧制过程中双金属环件的锻透条件均会得到满足3。所以,只需保留芯辊沿径向直线进给运动的自由度并约束驱动辊 6 个方向的自由度即可,其三维有限元模型如图 4 所示,模型相关工艺参数见表1。本文的轧制环境为冷辗扩,研究对象为已冶金结合 的GCr15/40Cr双金属环
13、件,所以,在Abaqus/301第 6 期张芳萍等:双金属环件轧制过程中的锻透研究 图 4 双金属环件的三维有限元模型Fig.4 3D finite element model of bimetal ring表 1 锻透模型参数Table 1 Parameters of forging penetration model 参数数值毛坯内、外半径/m0.068、0.040毛坯轴向宽度/m0.010毛坯基层、衬层壁厚/m0.014、0.014驱动辊半径/m0.104芯辊半径/m0.017芯辊、驱动辊厚度/m0.023、0.023芯辊进给速度/(ms-1)0.001轧辊与轧件内、外表面之间的摩擦因数
14、0.5、0.3Explicit 软件中选择 Constraint 下的 Tie(绑定)命令,定义双层金属坯料之间的约束4。双金属环件的材料力学性能见表 2。表 2 双金属环件的力学性能Table 2 Mechanical properties of bimetal ring 材料密度/(gcm-3)泊松比屈服强度ReL/MPa弹性模量E/GPaGCr15 钢7.810.300518.4220740Cr 钢7.870.277785.002112.2 研究方法的确定环件锻透是指塑性区穿透环件壁厚,使环件壁厚减小、直径扩大的塑性变形。如某一单元的等效塑性应变值大于 0 时,说明该单元发生了塑性变形。
15、当环件沿径向所有单元的等效塑性应变值均大于 0时,说明环件发生了锻透。所以,根据李冠国11的判据,当轧制孔型区中环件沿壁厚方向所有单元的等效塑性应变值大于 0 时,则认为坯料被锻透。由于所建模型为三维模型,所以,考虑了环宽位置对环件锻透的影响12。利用有限元分析软件ABAQUS 得到环件不同轴向位置处的等效塑性应变区。为方便对比,在数值模拟中,芯辊的不同进给量以压下率 h/h0来表示,如图 5 所示,芯辊沿驱动辊轴心方向作直线进给运动,通过改变压下率进行数值模拟,分析压下率对环件塑性区分布和锻透的影响规律。图 5 压下率示意图Fig.5 Schematic diagram of reducti
16、on rate由于轴向方向为对称变形,故取环件宽度的一半进行分析。图 6 为双金属环件的纵向截面示意图,沿环件轴向方向分别取端面、1/6、1/3、中心 4 个位置。在同一压下率下依次截取不同位置的等效塑性应变分布,分析不同位置的双金属环件的塑性分布规律及其对双金属环件锻透的影响。图 6 双金属环件的纵向截面示意图Fig.6 Schematic diagram of longitudinal cross-section for bimetal ring 芯辊进给量的设置是以环件锻透理论计算为依据,即压下率为 1%。然后分别取压下率为 0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和 1.0%进行数值模拟
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 双金属 轧制 过程 中的 研究 张芳萍
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。