基于有限元模拟的环件轧制锻透及残余应力研究

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1、摘要环件轧制是一种生产无缝环件的特种加工工艺，它是通过局部连续轧制方法，将小直径厚截面的环形毛坯逐渐辗扩成大直径薄截面的环件，它具有省√J，节能、节材、生产率高、生产成本低、产品范围广等显著特点，在工业领域有着广泛的应用。本文针对环件轧制的研究现状，基于环件轧制理论和弹塑性动力显式有限元法，以ABAQUS有限元分析软件为平台，以数值模拟的方式对环件轧制变形的一些基本规律进行更深入的研究，并对环件冷轧时的残余应力进行数值模拟计算。研究了环件轧制有限元模拟中质量缩放方法的运用。阐述了质量缩放方法的理论依

2、据以及在环件轧制有限元模拟中的意义，对质量缩放方法进行了分类。最后以铅环件轧制为实例分析对象，采用不同缩放方法对铅环件的轧制过程进行了模拟，通过分析比较不同缩放方法下的模拟结果，总结了适合于环件轧制有限元模拟的质量缩放方法的选取原则。根据环件轧制锻透过程的理论研究，运用地～Qus软件建立了环件锻透分析的三维有限元模型，并对不同压下量及轧辊尺寸情况下的锻透过程进行数值模拟’通过分析不同压下量和不同轧辊尺寸情况下，环件锻透过程中塑性区的分布情况，得到了环件锻透过程中塑性区的分布规律以及压下量和轧辊尺寸对

3、环件锻透的影响规律。设计了沟球截面环件冷轧的毛坯、模具尺寸及工艺参数，运用ABAQUS软件建立了沟球截面环件冷轧的三维有限元模型，对冷轧过程进行了模拟，得到了沟球截面环件冷轧成形的应力、应变分布规律，内、外径长大规律。并根据设计参数在D56G的冷轧机上进行了冷轧实验，实验结果与模拟结果较吻合，验证了本文对沟球截面环件冷轧的毛坯、模具尺寸及工艺参数设计的正确性。为沟球截面环件冷轧工艺设计提供了依据。建立了沟球截面环件冷轧残余应力的有限元计算模型，对沟球截面环件冷轧的残余应力进行有限元计算，并采用机械法

4、和X射线应力测试法对在D56G90冷轧机上进行的沟球截面环件冷轧的轧制成品进行了实验测定。通过分析比较，得到了沟球截面环件冷轧过程中残余应力的变化规律，为控制沟球截面环件冷轧残余应力及尺寸精度提供了依据。关键词：环件轧制有限元质量缩放锻透沟球截面残余应力AbstractRingrollingisakindofspecialformingtechnologytomanufactureringsAnditisalocalandcontinuousrollingtechnology．Ithasthecha

5、racteristics(汀economy,highproducingrate，lowcostandhighquality．Thisformingtechnologyisusedwidelyinindustrialfields．Accordingtotheresearchingactualitiesinringrolling，thispaperresearcheddeeplythebasiclawofrollingdeformationbysimulationusingABAQUSsoftwareo

6、nthebaseofringrollingtheoryandelastic-plastickinematicsexplicitFEM．Andtheresidualstressincoldringroilingwascomputedbynumericalsimulation．Themassscalingmeasuresinfiniteelementsimulationofringrollingwereresearched．Thetheoreticalbasisofmasssealingmeasures

7、anditssignificanceweregiven．Themassscalingmeasureswereclassified．Finally,thepracticalPt-ringrollingprocessesweresimulatedwithdifferentscalingmeasures．Theselectingrulesofmassscalingmeasuresinsimulationswereobtainedbycomparingthesimulatingresults．Accordi

8、ngtothetheoreticalresearchesofpenetration¨1ringrolling，the3DfiniteelementmodelofpenetrationwasconstructedbyusingABAQUSsoftware．Thepenetrationcourseswithdifferentfeedsanddifferentrollers’dimensionsweresimulated．andthecorrespondingdistrib