丁朝晖[1]（2016）在《大规格棒材轧制变形渗透性研究》文中研究说明大规格棒材被广泛应用在国防军工、船舶工业、核电设备、大型轴类零件、冶金设备、机械制造业等领域。随着我国经济的高速发展,对它的需求和要求也越来越高。对于大于?250mm的大棒材以前都是采用传统的锻造法生产,随着连铸水平的不断提高和轧机设备的发展,使以轧代锻得到迅猛发展,不仅实现了大棒材的工业化批量生产还大大降低了生产成本。但由于连铸坯内部存在的孔隙性缺陷,严重影响产品质量,通过轧制法在有限的压缩比条件下,变形很难渗透到轧件芯部致使孔隙性缺陷得不到压实焊合。本文运用有限元分析软件,分别对?600mm的圆坯在箱形孔开坯轧制成300mm方和488mm?326mm的矩形坯在箱型孔中开坯轧制成220mm方的轧制变形情况进行分析,矩形坯在改进后箱形孔轧制过程中的金属变形情况,以及圆坯在扁六角孔和菱形孔中的轧制变形。计算出轧件的应变分布、应力状态、断面形状尺寸及轧制力等重要参数。主要结论如下:（1）圆坯和矩形坯在箱形孔中变形轧制时,轧件芯部附近变形区都是两拉一压应力状态,出变形区圆坯残余应力是三向拉应力而矩形坯则是两拉一压的应力状态,更利于变形渗透,且矩形坯在箱型孔中的充满度较好。在压缩比基本相同的条件下,圆坯芯部总应变1.470,矩形坯芯部总应变1.421,两者基本相同,在箱形孔中轧制时矩形坯比圆坯等效应变分布较均匀。当孔型侧壁起限制宽展作用时,拉应力减小甚至变为压应力,轧件芯部呈现两压一拉应力状态,变形向芯部渗透明显。（2）在减小侧壁斜度增加槽深的箱形孔中轧制矩形坯时,残余应力由原来的两拉一压状态变为两压一拉应力状态,且在新孔型中充满度好。新孔型每道次芯部等效应变均大于原孔型,芯部总应变为1.732高于原孔型芯部总应变1.421,变形渗透性得到增强。改进孔型中的应变分布较原孔型中应变分布要均匀,且能耗低,轧制更稳定。（3）圆坯在扁六角孔和菱形孔中轧制变形时,第一道次芯部等效应变分别为0.165和0.382。轧件芯部附近变形区内菱形孔是两压一拉应力状态,扁六角孔是两拉一压应力状态,出变形区菱形孔残余应力为两压一拉而扁六角却是两拉一压状态,且菱形孔中的应变分布均匀轧后残余应力小,变形渗透性强。但菱形孔不适宜大压下轧制,而扁六角孔可以较好的实现圆坯开坯轧制时变形的渗透。
郝震宇[2]（2014）在《Φ150 SAE4137大棒材轧制工艺优化研究》文中指出SAE4137大规格合金棒材,是优质合金结构钢,具有良好的淬透性、较高的抗拉强度、韧性以及疲劳强度等特点,因此多用于制造油井钻具钢等。油井钻具一般在地下几百米甚至几千米的环境下工作,需要承受拉、压、扭、冲、剪等各种作用力的综合作用,甚至还将承受瞬间的突变载荷。因此,生产中应严格控制以保证产品质量。目前南钢生产SAE4137钢时,会遇到一些表面质量问题。针对这种情况,本文以南钢中型厂项目“Φ950轧机性能开发及目标产品裂纹机理研究”为背景,取代表钢种SAE4137,研究了南钢中型厂在生产大规格合金棒材中产品表面质量较差等问题,并以Φ150规格为例,从轧制工艺及孔型系统设计方面提出改进方法和措施。轧制工艺直接影响着产品质量。本文采用差分进化算法、有限元仿真分析及实验、现场测试相结合的方法,对轧制温度、孔型充满程度、变形情况以及尺寸精度和表面失稳等方面对轧制工艺进行优化分析研究。具体内容及结果如下:（1）利用MMS-200热力模拟试验机,通过SAE4137钢的热模拟单道次压缩实验,研究了不同变形情况对SAE4137钢变形抗力的影响规律,建立了SAE4137钢的变形抗力数学模型。并结合实验结果,绘制出SAE4137钢在不同变形条件下的热加工图。同时将SAE4137热加工图与有限元模拟结果相结合,研究得出,优化工艺改善了轧件表面质量,减少了表面缺陷,为轧制工艺的进一步优化制定提供良好的参考基础。（2）基于MSC.Marc有限元软件平台,将南钢中型厂大棒材生产线实际生产过程转化为有限元模型,并在现场进行相关实验,通过实验结果与模拟结果的对比分析,验证了有限元模型的正确性。（3）采用差分进化算法,以能耗最小和变形均匀为目标对粗轧工艺进行优化,并基于优化工艺提出相应孔型系统。以变形均匀为目标,基于现有精轧孔型系统,对精轧工艺进行优化。利用有限元数值模拟对比分析优化前后轧制工艺,得出优化工艺的轧制能耗有所降低。轧件变形均匀性得到明显提高,中间方坯以及最终产品的尺寸精度得到提高,并降低了产品的切损量。（4）基于有限元模拟结果分析可知,成品圆孔采用圆弧扩张可以适当的改善轧件表面及中心的应力分布,使应力分布更加均匀渗透,有效地提高轧件表面质量。切线扩张比圆弧扩张有更大的宽度调整余量和共用性,圆弧扩张比切线扩张的尺寸精度要更高。
张小勇[3]（2010）在《优特钢棒材连轧过程的有限元分析》文中提出武钢棒材分厂利用现有轧制普碳圆钢（或螺纹钢）的孔型系统轧制优质合金钢棒材产品,如汽车用弹簧钢、齿轮钢、轴承钢、高强度紧固件用钢,而市场对优特钢棒材的质量要求越来越高。由于优特钢的钢种特性上的差别,生产的优特钢产品存在如表面质量差、公差范围大,产品多划痕等问题,严重地影响了正常的生产,并造成了很大的经济损失。有必要对现有的孔型系统进行优化设计。本文针对武钢棒材分厂现场实际情况,采用三维有限元元法,基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析平台,模拟优特圆钢热连轧过程中轧件温度场、及其变形规律。依据武钢棒材厂Ф16圆钢的轧制规程,分别双圆弧半径和切线扩张构成的成品孔型进行了有限元模拟,分析轧件在孔型中变形的应力-应变及其流动规律。结果表明,采用双半径构成法的成品尺寸精度优于切线扩张法;非成品圆孔宜采用切线扩张法构成圆孔,以提高其尺寸调整灵活性。采用三维有限元法对轧制Ф18圆钢的轧制过程进行模拟仿真,模拟出轧件温度场、速度场、机架间堆拉关系及其力能参数变化规律。分析了工艺参数变化对轧件红坯尺寸、机架间堆拉关系的影响。结果表明,对于粗、中轧机组,如辊缝不变,由于轧件断面较大,辊径较大,则轧辊转速的较小变化会引起轧件宽度及堆拉关系较大的变化;对于精轧机组,若轧辊辊缝不变,由于轧件断面较小,辊径相对也较小,而轧辊转速较高,则轧辊转速的较小变化引起轧件宽度及堆拉关系较小的变化。在此基础上,修正了4v、6v、8v、10v、四道次圆孔基圆直径、轧制Ф18圆钢轧制程序表及轧件红坯尺寸。对热连轧优特圆钢轧制过程的有限元仿真分析,获得轧件轧制过程中的温度场及其变形规律。对于优化热连轧优特圆钢的孔型设计及轧制程序表,进而获得较为准确的轧件红坯尺寸,并确定轧机进出口导卫尺寸,提供了理论分析的基础,对于合理制定实际工艺具有明显的实际指导意义和理论价值。
霍晓阳[4]（2000）在《初轧机多角孔型轧制大圆钢实践》文中研究表明通过对初轧机轧制大圆钢工艺特点的分析 ,提出多角孔型系统是其较稳定的孔型系统 ,并简要介绍了Φ85 0mm初轧机轧制Φ180mm圆钢的工艺过程
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本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景与研究意义 |
| 1.2 大棒材研究现状 |
| 1.2.1 大棒材轧制生产发展 |
| 1.2.2 国内外研究现状 |
| 1.3 课题研究的主要内容 |
| 1.4 课题难点、技术路线以及创新点 |
| 1.4.1 课题研究的难点 |
| 1.4.2 课题研究方法和技术路线 |
| 1.4.3 课题创新点 |
| 第二章 圆坯在箱形孔中的开坯轧制分析 |
| 2.1 有限元模型的建立 |
| 2.1.1 假设条件与单元划分 |
| 2.1.2 边界条件 |
| 2.2 模拟结果分析 |
| 2.2.1 轧件尺寸计算结果与充满分析 |
| 2.2.2 轧件应变分析 |
| 2.2.3 轧件应力分析 |
| 2.2.4 侧壁影响 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 矩形坯在箱形孔中的开坯轧制分析 |
| 3.1 有限元模型的建立 |
| 3.1.1 有限元模型 |
| 3.1.2 边界条件 |
| 3.2 模拟结果分析 |
| 3.2.1 轧件尺寸计算结果与充满分析 |
| 3.2.2 轧件应变分析 |
| 3.2.3 轧件应力分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 新旧孔型中矩形坯初轧的分析比较 |
| 4.1 有限元模型的建立 |
| 4.2 新孔型的设计 |
| 4.3 模拟结果比较分析 |
| 4.3.1 轧件在孔型中的充满度比较 |
| 4.3.2 轧件应变分析 |
| 4.3.3 轧件应力分析 |
| 4.3.4 轧制力分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 圆坯在新孔型中的变形分析 |
| 5.1 有限元模型的建立 |
| 5.2 模拟结果分析 |
| 5.2.1 轧件变形后断面尺寸和充满度分析 |
| 5.2.2 轧件应变分析 |
| 5.2.3 轧件应力分析 |
| 5.3 两种新孔型的比较 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考 文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 引言 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 南钢大棒材生产概述 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 有限元数值模拟棒材轧制过程研究 |
| 1.2.2 工艺及孔型优化设计研究 |
| 1.2.3 差分进化算法研究 |
| 1.2.4 热加工图研究 |
| 1.3 课题研究目的内容及意义 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.3.3 研究意义 |
| 第二章 研究理论及数学模型 |
| 2.1 差分进化算法 |
| 2.1.1 标准DE算法的原理 |
| 2.1.2 标准DE算法流程及特点 |
| 2.2 轧制模型 |
| 2.2.1 宽展模型 |
| 2.2.2 轧制压力模型 |
| 2.2.3 传动力矩模型 |
| 2.2.4 温降模型 |
| 2.3 目标函数及约束条件模型 |
| 2.3.1 目标函数 |
| 2.3.2 约束条件 |
| 2.4 精轧阶段堆拉系数的确定 |
| 2.4.1 连轧常数及轧制状态 |
| 2.4.2 堆拉系数的确定与选择 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 SAE4137钢高温变形抗力及加工图的研究 |
| 3.1 热模拟实验 |
| 3.1.1 实验设备 |
| 3.1.2 实验材料 |
| 3.1.3 实验方案 |
| 3.2 实验结果分析 |
| 3.2.1 变形温度对变形抗力的影响 |
| 3.2.2 变形速率对变形抗力的影响 |
| 3.2.3 变形程度对变形抗力的影响 |
| 3.3 变形抗力的数学模型 |
| 3.4 SAE4137钢加工图的构建 |
| 3.4.1 动态材料模型原理及耗散判断准则 |
| 3.4.2 塑性失稳判断准则 |
| 3.4.3 SAE4137钢加工图的构建 |
| 3.4.4 显微组织特征与变形机制分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 大棒材生产工艺有限元分析 |
| 4.1 优化前后生产工艺 |
| 4.1.1 生产工艺现状 |
| 4.1.2 差分进化算法在轧制工艺优化上的应用 |
| 4.1.3 优化工艺参数 |
| 4.2 有限元模型的建立 |
| 4.2.1 粗轧工艺有限元模型 |
| 4.2.2 精轧工艺有限元模型 |
| 4.3 粗轧工艺有限元分析 |
| 4.3.1 工艺参数分析 |
| 4.3.2 温度场及应变分析 |
| 4.3.3 轧辊磨损分析 |
| 4.4 精轧工艺有限元分析 |
| 4.4.1 工艺参数分析 |
| 4.4.2 温度场及应力应变分析 |
| 4.4.3 轧辊磨损分析 |
| 4.5 轧件头尾变化分析 |
| 4.5.1 粗轧阶段头尾变化分析 |
| 4.5.2 精轧阶段头尾变化分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于数值模拟及加工图法的产品质量研究 |
| 5.1 精轧阶段产品尺寸精度分析 |
| 5.1.1 X和Y方向位移及宽度分析 |
| 5.1.2 轧制稳定性的分析 |
| 5.2 不同扩张段成品孔型对产品质量及尺寸精度分析 |
| 5.2.1 成品孔型对产品质量的影响 |
| 5.2.2 成品孔型对尺寸精度的影响 |
| 5.3 不同变形程度下的热加工图 |
| 5.4 加工图法在轧制过程中表面质量预测中的应用 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 在校期间发表论文 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究背景 |
| 1.3.1 武钢棒材厂概况 |
| 1.3.2 生产工艺流程 |
| 1.4 研究目的和研究意义 |
| 1.4.1 研究目的 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.4.3 研究意义 |
| 第二章 有限元理论及其应用 |
| 2.1 有限元的基本思想 |
| 2.2 弹塑性有限元理论基础 |
| 2.2.1 材料屈服准则 |
| 2.2.2 塑性流动法则 |
| 2.2.3 塑性强化准则 |
| 2.2.4 本构方程 |
| 2.2.5 虚功方程 |
| 2.3 热力耦合过程有限元分析 |
| 2.3.1 热平衡方程 |
| 2.3.2 初始边值条件 |
| 2.3.3 热力耦合分析的有限元法 |
| 2.4 显式动力学有限元方法 |
| 2.4.1 显式时间积分 |
| 2.4.2 显式方法的条件稳定性 |
| 2.5 有限元软件ANSYS/LS－DYNA 简介 |
| 第三章 连轧孔型系统的建立 |
| 3.1 连轧的基本概念 |
| 3.2 连轧常数 |
| 3.3 连轧机的轧制状态 |
| 3.3.1 自由轧制状态 |
| 3.3.2 张力轧制状态 |
| 3.3.3 堆钢轧制状态 |
| 3.4 堆拉钢系数 |
| 3.5 多机架连轧对拉系数的选择 |
| 3.6 连轧机孔型设计 |
| 3.6.1 连轧机孔型设计注意问题 |
| 3.6.2 连轧中的宽展修正 |
| 3.7 连轧孔型系统及其选择 |
| 3.8 延伸孔型系统的设计 |
| 3.8.1 孔型系统的设计方法 |
| 3.8.2 延伸孔型的构成参数 |
| 3.9 精轧孔型系统的设计 |
| 3.9.1 椭圆孔型的构成参数 |
| 3.9.2 圆孔型的构成参数 |
| 第四章 精轧圆孔型的有限元仿真分析 |
| 4.1 连轧孔型的建立 |
| 4.1.1 成品前孔型的建立 |
| 4.1.2 成品孔型的建立 |
| 4.2 有限元模型的建立 |
| 4.2.1 定义模型单元和材料特性 |
| 4.2.2 时间步长的确定 |
| 4.3 模拟结果分析 |
| 4.3.1 咬入阶段模拟结果分析 |
| 4.3.2 轧制阶段的模拟结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 轧制过程的有限元模拟仿真分析 |
| 5.1 模型的建立 |
| 5.1.1 粗轧模型的建立 |
| 5.1.2 中轧模型的建立 |
| 5.1.3 精轧模型的建立 |
| 5.2 模拟结果分析 |
| 5.2.1 孔型充满情况 |
| 5.2.2 轧件尺寸及堆拉系数 |
| 5.2.3 轧制力和轧制力矩 |
| 5.3 轧件表面及心部温度变化 |
| 5.3.1 粗轧机组的温度曲线 |
| 5.3.2 中轧机组的温度曲线 |
| 5.3.3 精轧机组的温度曲线 |
| 5.4 修正前的有限元仿真结果 |
| 5.5 修正后的有限元仿真结果 |
| 5.5.1 机组堆拉关系 |
| 5.5.2 轧机转速 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 1 初轧机轧制大圆钢的多角孔型系统 |
| 2 多角孔型系统在初轧机上的应用 |
| 3 试验结果 |
| 4 结论 |
