环形件轧制工艺的参数化设计【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化环形件轧制工艺的参数化设计1选题意义及背景环件轧制工艺参数对轧制过程和环件锻件质量有重要影响。即使有了合理的轧制孔型的环件毛坯，也会因为轧制工艺参数不合理而无法轧制成形合格的环件锻件1。环件轧制工艺参数主要有轧辊尺寸、环件尺寸、轧制比、轧制进给速度、轧制温度、轧制力和力矩等。除了环件轧制力合轧制力矩外，其他轧制工艺参数的设计计算方法还是空白。为此。本课题基于环件轧制原理，研究和建立环件轧制工艺参数设计方法，并进行参数化建模，为环件轧制技术提供依据。环件轧制是一种生产无缝环件的特种加工工艺，它是通过对环形断面的局部连续轧制，将小直径厚截面的环形毛坯逐渐轧制成

2、大直径的薄截面的环件。环件轧制原理（如图1）在轧制过程中，驱动辊为主动辊，作旋转轧制运动。压紧辊为被动辊，作从动旋转轧制运动和径向直线进给运动。图1环件轧制原理图轧件在驱动辊的旋转运动和压紧辊进给运动作用下，1驱动辊2环件3芯辊不断地咬入驱动辊与压紧辊构成的封闭轧制孔型，产生连续局部塑性变形，上下压板限制金属的轴向动使轧件壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形。2国内外研究现状21国外研究的现状环件轧制技术是伴随着铁路运输业的发展而产生的。自19世纪中叶以来，铁路系统的迅速发展使得火车的行驶速度和载重量大幅度提高。火车的铸铁车轮无法满足高速重载的使用要求，于是人们在火车铸铁车轮上装备性能更好的、可更

3、换的钢质轮箍。为了生产火车轮箍，1842年英国建造了轮箍轧机，1886年俄国奥斯特洛维茨炼铁铸造厂设立了火车轮箍生产车间。随后，环件轧制技术不仅在火车轮箍、火车车轮生产中得到了广泛应用，在其他无缝环形机械零件生产中也逐步得到了推广应用，如法兰环、燃汽轮机环、发动机环等。23英国学者WJOHNSON24等首先开展了环件轧制试验研究。他们先在立式二辊轧环机上进行了基本参数的试验研究，发现环件轧制时径向变形区的径向对称点存在塑性铰。同年，JOHNSON等在实验室建造了小型卧式环件轧机，其结构形式与工业生产轧机相同，在该轧机上，他们进行了轧制力、力矩及压下量的连续测量，得到了一些基本结论。HAWKYA

4、RD5在UMIST实验室安装了一台专用的环件试验轧机。其特点是压力辊可沿轴线移动，便于试验时环件的装卸。且轧辊两端支撑，提高了轧机刚度和试验精度。MAMALIS6用测压针方法研究了不通材料在不同孔型中轧制时的单位压力分布。得到的分布规律为在变形入口附近单位压力迅速升高并达到峰值，随后缓慢降低，在轧辊连心线附近单位压力曲线出现拐点。当压下速度较大时，单位压力可出现两个峰值。这些现象与普通对称轧制时的单位压力分布规律明显的不同，说明平板轧制理论和摩擦峰理FRICTIONHIL不适用于环件轧制过程。随后，MAMALIS深入分析了异形截面环轧时金属在各种孔型中的流动特性，观察了压下速度、摩擦条件、环坯

5、形状及孔型尺寸变化对环件截面变化的影响，目的在于提高孔型的充满率，例如，尝试了自行车圈这种较为复杂的环件轧制过程的试验研究。22国内的研究现状我国于20世纪50年代开始应用环件轧制技术生产轴承环，1959年在上海建立了锤压力机扩孔机的轴承环轧制生产线1213。轧环是生产无缝环件的先进技术之一，但我国的轧环技术还处于比较落后的状态，特别是轧环产品的尺寸控制方式还很落后。在我国轧制小型环件的轧环机，多为机械限位控制或人工控制，操作工劳动强度大，产品精度低，耗能费材。王艳丽，许树勤，汤速7基于根据轧制中体积不变条件和轧制过程中环坯轮廓为阿基米德螺线的假设，推导出了导向辊运动轨迹和速度的估算公式，并将

6、之应用于不同环坯轧制过程模拟中导向辊的定位。结果表明利用估算公式对导向辊定位，可使轧制过程稳定，以实现模拟，从而指导实际生产。燕山大学许思广8等人用视塑性VISIOPLASLICITY试验方法分析了环件轧制中金属产生较大变形后的应变分布，其用于试验材料为铅锑合金，发现轧制时，受轧制力影响，环件的圆心有从轧辊连心线向咬入侧偏离的趋势。导致大辊与芯辊接触弧长发生变化，容易形成非理想轧制状态。武汉理工大学的华林1基于环件轧制成形原理，建立了轧辊直径、环件壁厚、轧制比、每转进给童、进给速度、轧制时间等轧制工艺参数的设计计算方法，确定了轧制工艺参数的极限范围，制订了环件轧制工艺规程。蒋日东、李从心和王运

7、鞍9等介绍了环件轧制的计算机辅助设计系统的构成与功能,并就数据输入、工艺分析、过程优化、毛坯优化、动态数字仿真与图形仿真、过程控制等子功能模块作了较详细分析。最后对CAD/CAM集成系统结构作了论述并对保证环件质量,提高轧制效率,真正实现轧机的柔性生产具有十分重要的意义。解春雷、李尚健10等人根据环件轧制过程的有限元模拟结果制订控制策略，将模拟的最佳轧制力曲线转换为压力辊运动的等效速度曲线，控制压力辊使其按预定的速度曲线运动。华林、潘利波、兰箭、钱东升11研究了大型环件的径轴向轧制工艺。利用有限元模拟试验对具体的大型环件产品进行模拟轧制,通过对不同的毛坯和不同的工艺参数的选取进行试验和分析,找

8、出了毛坯设计及工艺参数选取与控制的基本方法和规律,揭示了大型环件径轴向轧制过程的变形规律和机理,分析了轧制过程中产生的问题和缺陷的实质,为实际的工业生产提供了依据。3总结环件的生产在国民经济中占有重要地位，随着经济的发展，对环件质量的要求越来越高，而环件轧制技术已经成为环件生产的高效、先进和主要的工艺方法之一，所以提高环件轧制的技术迫在眉睫。尽管通过国内外的学者和专家的实验和理论分析，轧制技术已经得到质的提高，但在实际生产中用途很广的异型截面环件轧制变形复杂，需要减小和控制端面鱼尾变形等缺陷，要通过环件轧制工艺生产这种类型的环件，必需从轧制毛坯、轧制孔型、轧制工艺参数、轧制工艺操作等多方面深入

9、研究和解决其轧制成形中的各种问题。因此本课题通过对于轧制工艺参数的设计，并通过对轧制工艺参数的有限元模拟，得到轧制过程中最优化的工艺参数。为轧制工艺过程中最优化工艺参数提供理论依据。参考文献1华林，赵仲治，毛华杰环件轧制工艺参数设计D武汉武汉理工大学硕士论文,19972JOHNSONW,NEEDHAMGEXPERIMENTSONRINGROLLINGINTJMECHSCI,196810951133JOHNSONW,MACLEODI,NEEDHAMGANEXPERIMENTALINVESTIGATIONINTOTHEPROCESSOFRINGORMETALTYREROLLINGINTJMECHS

10、CI1968104554684JOHNSONW,NEEDHAMGPLASTICHINGESINRINGINDENTATIONINRELATIONTORINGROLLINGINTJMECHSCI,1968104874905HAWKYARDJB,JOHNSONW,KIRKLANDJ,APPLETONEANALYSISFORROLLFORCEANDTORQUEINRINGROLLINGWITHSOMESUPPORTINGEXPERIMENTSINTJMECH6MAMALISAG,HAWKYARDJB,JOHNSONWONTHEPRESSUREDISTRIBUTIONBETWEENSTOCKANDROLLSINRINGROLLINGINTJMECHSCI1976,181841957王艳丽，许树勤，汤速环件轧制模拟中导向辊的定位研究J锻压装备与制造技术，2007，471738许思广，连家创环件轧制应变分布的实验研究J锻压机械，1991，13539，429蒋日东，从心，运鞍环轧过程的计算机辅助设计J模具技术，1995，1788110解春雷，李尚健，树槐辗环过程动力有限元分析中的抱辊约束J锻压机械，1997，5131411华林，潘利波，兰箭，钱东升大型环件的径轴向轧制工艺模拟和研究J中国机械工程，06，1920202023，2071