火车轮预成形工艺分析及数值模拟

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1、摘要中文摘要整体辗钢车轮以其优越的机械性能以及良好的内、外在质量，在铁路运输车辆上得到了广泛的应用。在整体辗钢车轮的生产环节中，预成形工步起着重要的作用，它不仅对初步形成火车轮形状，而且对车轮内部质量和金属流线的改善起重要作用。但是，由于火车车轮形状较为复杂，预成形过程中的成形力和摩擦系数等工艺参数都很难求得精确的理论解，目前其成形工艺和模具的设计主要依靠经验数据和简单的理论计算来完成，有时甚至要通过多次试生产才能找到较为合理的加工参数，费时、费力。本文对预成形工艺进行了理论分析，建立了镦粗工步及预成形工步的数学模型和力学模型

2、，在此基础上，采用DEFORM-3D有限元软件对预成形工步进行了数值模拟。论文分析了不同镦粗压下量对火车车轮预成形工艺的影响、预成形过程中的金属流动规律及变形区应力、应变状况；对火车车轮预成形过程中的重要工艺参数进行了数值模拟分析，获得了这些参数对车轮成形的充填情况及成形力的影响。根据模拟结果优选参数进行现场试验，将模拟结果与实际加工情况进行对比，得出了现实加工条件下火车轮预成形的最佳工艺参数，并对车轮成形过程中的常见缺陷提出了改进措施和建议。通过本文的分析和研究，掌握了火车车轮的预成形过程的工艺规律，为其预成形工艺方案的确定

3、、成形生产和后续工艺的研究提供了理论依据，对于改进火车轮的锻造质量和生产效率、提高成品率、降低生产成本具有重要的意义。关键词：火车车轮；预成形；数值模拟；有限元分析摘要TheoreticalanalysisandNumericalsimulationofPreforminginRailwayWheelFormingProcessGraduateName：SongGuangXinDirectedby：FuJianHuaAbstractIntegralrollingwheelisextensivelyusedinvehicleso

4、frailtransportingforitsexcellentmechanicalperformancesandinnerandouterqualities．Preformingprocesseplaysanimportantroleintheformingofitspreliminaryshapeaswellastheimprovingofitsinnermaterialqualitiesandmetallicstreamlines．However,becausetheshapeofthetrainwheelisveryc

5、omplex，accuratetheoreticalresultsoftheformingpressureinthepreformingprocessesaredifficulttoobtain，suchasformingforceandfrictionconditions．Therefore，theformingprocessofwheelanddesignofdiesarealwayscalculatedbasedonexperientialdataandsimpletheoriespresently．Sometimesr

6、easonableprocessingparametershavetobeobtainedbytrialproductionforseveraltimes，whichisawasteoftimeandpower．Inthispaper,preformingprocesswasanalyzedtheoretically,themathematicalandmechanicalmodelwereestablished．AndtheprocesswasnumericallysimulatedwithFEMsoftwareDEFORM

7、-3D．Theinfluncesofdifferentupsettingreductionsonthepreformingprocess，themetalflowruleIII火车轮预成形工艺分析及数值模拟duringthepreformingoftrainwheelandthestrainandstressfieldofthedeformingareaswerealsoanalyzed．Importantparametersinthepreformingprocessandtheirinfluencesonthefillin

8、gconditionsandtheformingpressurehavebeenstudied．Thenthesimulationresultshavebeencomparedwiththatofthepracticalproductionones，optimizedpara