连续螺旋叶片成形过程模拟与参数优化

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1、连续螺旋叶片成形过程模拟与参数优化刘会霞范晓波王霄（江苏大学数字化制造技术研究所212013）摘要：通过对连续螺旋叶片锥辊异面辗轧成形的过程的分析，从理论上讨论了四种参数喂料高度H、压力参量S1、平动参数S2、摩擦系数μs对螺旋叶片形态的影响规律。建立有限元模型，模拟了叶片成形过程并生成四参数的与螺径螺距变化图表，与理论预测较为一致。从而总结成形规律，直接指导实际生产。关键词：连续螺旋叶片轧制模拟中图分类号：TF124.3Abstract：ByTheanalysisoftaper-rollingprocessofend

2、lessspirals,theeffectonrollingprocessofparameterssuchasfeedingaltitudeH,pressureparameterS1,translationslipS2,coefficientoffrictionμswasdiscussedtheoretically.TherollingprocesswassimulatedbyFEAsoftwareandfourchartswasobtainedontherelationshipbetweenH,S1,S2,μsand

3、spiraldiameterD,spiraldistanceT.Theresultswereconsistentwiththepredictedones.Sothelawobtainedcanbeusedinguidingtaper-rollingprocess.Keywords:endlessspirals;rolling;simulation1引言螺旋叶片系指用薄钢板或钢带制成的连续多圈螺旋状零件，它是螺旋输送机上的核心部件（如图1，在农机、化工、建材、矿山、粮食和食品等各个部门担当输送粉状及颗粒状物料的角色。其成

4、形工艺很多，但锥辊异面冷轧成形却是目前世界上最先进的工艺方法。其特点是：在一台轧机上，不需要更换轧辊或增加模具，只要对调整参数作适当的调整，便可得到不同性质、不同尺寸的叶片。这些调整参数控制着变形区及其参数.从而控制着轧件的变形。然而，由于辗轧过程复杂，影响变形的参数较多，使轧机参数调整困难。基于此，本文在现在锥辊辗轧理论的基础上，先进行影响参数的理论分析，再通过有限元软件进行轧制过程模拟，得出轧制参数于叶片成形的内在规律，为实际辗轧过程参数的调整提供参考依据。图1螺旋叶片2螺旋叶片锥辊异面辗轧机理导向槽左轧辊变形区右

5、轧辊图2面内弯曲示意图图3滚弯成距示意图作者简介：刘会霞（1964－），女，陕西户县人，江苏大学机械工程学院教授范晓波（1977－），男，江苏常州人，江苏大学机械工程学院硕士研究生210王霄(1964－),男，陕西武功人，江苏大学机械工程学院副教授2.1螺旋叶片的成形机理螺旋叶片辗轧变形区是由两轧辊控制的。在两轧辊控制的变形区内，轧件经历复合变形。其一是受到板厚方向上的不均匀压缩，产生纵向的不均匀伸长，形成圆环的变形，这里假定为平面变形（如图2所示)；其二是轧件受到滚弯产生弯曲形成螺距的变形（如图3所示)，这就是螺旋叶

6、片轧成形机理。轧件之所以受到不均匀压缩是由于辊缝呈楔状，是不均匀单调变化的；轧件之所以受到滚弯，是因为两轧辊沿导向方向的相对的错位。有关辊缝的参数将在以后的章节中相继进行讨论，控制与调整好两轧辊形成的变形区参数才能实现该工艺。2.2螺旋叶片形态的数学模型螺旋叶片的形态当轧制带料宽度b0,带料厚度t0确定后，轧制后形态由螺径D,螺距T决定。根据文献[1]，螺径D，螺距T的数学表达式分别为：2ta2t1z0D=2R=＋2az=az(1)t-tt-t0101n2tiai从统计学角度则有：D=2az＋∑(2)ni=1t0−ti

7、T=2πRtanαi(3)αi——辊缝i处的切线方向n2π从统计分析角度则有：T=∑ρitanαi(4)ni=1az——受轧区宽度ρi——i处对应圆环半径t0——叶片受轧区内缘板厚t1——叶片受轧区外缘板厚图4轧件厚度变化及受轧区示意2.3影响叶片参数影响规律的理论分析1．喂料高度H对D,T的影响当带料往小端调整时，H减小，并有az减小，根据式（1）知，D减小，αi增大，T可能增大可能减小；带料往大端调整时，H增大，螺径D增大，螺距T增减不定。2.轧辊压力参量S1对D,T的影响由文献可知，S1是反映了轧辊对轧件的压力的

8、参量，当S1增大即s减小时，∆t增大，由[2][3]1知，压力p增大，由式（1）可知螺径D减小，再由式（3）得，S1增大，D减小，螺距T减小；当S1减小即s增大时，同理螺径D螺距T同时增大。13．相对平动量S2对D,T的影响当相对平动量S2增大，螺径D减小，而α增大，则螺距T可能增大可能减小。1当相对平动量S2减小，螺径D增大，而