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扭轉鐓粗影響因素[ 04-18 09:05 ]

影響鍛件扭轉鐓粗的因素本文主要考慮高徑比、摩擦因子、下壓速度、扭轉角度這四項。高徑比是鍛件形狀的主要考慮因素，它直接影響變形所需的載荷。摩擦因子對于扭轉鐓粗是非常重要的因素，扭轉鐓粗對比傳統(tǒng)平砧鐓粗其主要增加的就是徑向的剪切應力，而鍛件與模具之間的摩擦又是最直接影響剪切應力大小的因素，不同的摩擦條件會影響鍛件變形的均勻性。對于鍛壓工藝來說，下壓速度是一項必須考慮的因素，其不僅對下壓載荷有所影響，而且對鍛件的形狀有影響例如鼓形等。扭轉角度對于扭轉鐓粗工藝來說也是很重要的影響因素，角度過小剪切應力不能起到對鍛件的作用，

正交試驗設計的基本原理[ 04-18 08:05 ]

正交試驗設計是利用正交表來安排并分析多因素試驗的一種高效設計方法。正交試驗是在多試驗因素的全部水平組合中，挑選出最為有代表性的水平組合進行試驗，通過這些挑選出的試驗分析其試驗結果從而了解全面試驗的情況，進而找出最優(yōu)的水平組合。利用少量的試驗組合完成大量試驗組合工作，從而大大減少試驗的次數(shù)與規(guī)模。正交試驗設計需要注意的幾個參數(shù)： （1）指標：就是試驗要考核的效果。在正交試驗當中，常用 X、Y、Z 來表示主要設計可測量的定量指標。   （2）因素：就是對試驗指標可能會產(chǎn)生影響的原因或要素。

不同扭轉角度對扭轉鐓粗的影響[ 04-17 10:05 ]

由于扭轉鐓粗成形工藝不同于傳統(tǒng)的平砧鐓粗，不同的扭轉角度會直接影響工件的變形程度，因此對扭轉角度應該做必要的研究分析。鋼錠初始溫度為 1200℃，直徑為 200mm，高為 150mm，高徑比為 0.75，下壓速度為 10mm/s，下壓量均為 40%，摩擦因子為 0.45。不同扭轉角度對 30Cr2Ni4MoV 鋼錠扭轉鐓粗的影響分析如下：從表 3-7 可以看出，扭轉角度從 15°增加到 45°最大等效應變值是一個減小的過程，而扭轉角度在 45°以后，隨著角度的增加最大應變值也在逐漸增大，整個

不同下壓速度對扭轉鐓粗的影響[ 04-17 09:05 ]

由于鍛壓時，鐓粗是最主要的工序，那么下壓速度的不同勢必對工件成形有所影響。在鋼錠初始溫度為 1200℃，直徑為 200mm，高為 200mm，高徑比為 1，下壓量均為 40%，摩擦因子為 0.5，扭轉角度為 60°的條件下，分析討論不同下壓速度對30Cr2Ni4MoV 鋼錠扭轉鐓粗的影響。從圖 3.19 中，我們可以看出：當最大應變值相同時，下壓速度相對較小的心部面積較大，然而整體三種下壓速度對應變的影響差別不明顯。但是下壓速度較小時，最大有效應變值相對較小。 然而通過圖 3.20 與圖 3.21

不同摩擦因子對扭轉鐓粗的影響[ 04-17 08:05 ]

在傳統(tǒng)的平砧鐓粗工藝中，工件跟模具之間的摩擦往往會導致工件成形后產(chǎn)生鼓形，并且工件內部的應力分布也會變的不均勻。但是在本文介紹的扭轉鐓粗工藝中，由于存在剪切應力，所以摩擦條件是十分重要的影響因素，對整個成形過程起著有益的作用，因此對于摩擦因子的研究十分必要[34]。鋼錠初始溫度為 1200℃，直徑為200mm，高為 150mm，高徑比為 0.75，下壓速度為 10mm/s，下壓量均為 40%，扭轉角度為 60°。不同摩擦因子對 30Cr2Ni4MoV 鋼錠扭轉鐓粗的影響分析如下：從圖 3.13 不同摩擦因子

不同高徑比對扭轉鐓粗的影響[ 04-16 10:05 ]

鋼錠初始溫度為 1200℃，直徑為 200mm，下壓速度為 10mm/s，下壓量均為 40%，摩擦因子為 0.45，扭轉角度為 60°。不同高徑比對 30Cr2Ni4MoV 鋼錠扭轉鐓粗的影響分析如下：分析三幅不同高徑比的等效應變圖 3.10，我們可以看出，高徑比越小，最大與最小等效應變的差值越小，變形相對更加均勻一些。但是隨著高徑比的增大，等效應變的最大值也增大。通過圖 3.11 下壓載荷行程曲線圖我們可以看出，不同的高徑比其下壓載荷的差值比較大。同一試件，越往下壓則載荷越大，因此很明顯試件越低，所需的下

扭轉鐓粗工藝與傳統(tǒng)平砧鐓粗工藝的對比[ 04-16 09:05 ]

有限元模型及模擬條件設置：如圖 3.8，坯料為 30Cr2Ni4Mo V 鋼錠，高度 H 為100mm，直徑 D 為 200mm，高徑比為 0.5，初始溫度為 1200℃，網(wǎng)格劃分為 20000 個。上下模具材料選為剛性材料。上模下壓速度為 5mm/s，下壓量為 40%，下模繞 Z 軸旋轉，平砧鐓粗角速度為 0，扭轉鐓粗選擇角速度為 0.1rad/s，摩擦系數(shù)選取 0.3。各參數(shù)對比如表 3-5 所示，其中平均等效應變計算為：在鋼錠中心橫截面沿軸線方向取 5個節(jié)點，再沿徑向方向取 4 個點，并測量各個節(jié)點的等效應變

低壓轉子鋼扭轉鐓粗模型的工藝參數(shù)設置[ 04-16 08:05 ]

數(shù)值模擬計算應當考慮實際生產(chǎn)或者實驗的設備條件，因此工藝參數(shù)的設定因盡量符合實際加工過程。在后續(xù)研究當中，本文扭轉鐓粗裝置的設計是上模做垂直的軸向運動，下模做扭轉運動。因此通過設定不同的坯料高徑比、模具與坯料間的摩擦因子、上模下壓速度以及下模扭轉角度四個工藝參數(shù)，來研究低壓轉子鋼 30Cr2Ni4Mo V的扭轉成形工藝。各項工藝參數(shù)的設定具體如下表。 而對于溫度這一工藝參數(shù)的選擇，通過分析三幅流動應力曲線圖，我們可以看出，當應變速率=11s?時，溫度必須達到 1200℃動態(tài)再結晶才會發(fā)生并且才會呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)；

低壓轉子鋼扭轉鐓粗材料模型的建立[ 04-15 10:05 ]

在模擬實驗當中本文主要選取的是大型低壓轉子鋼 30Cr2Ni4MoV，相當于國外規(guī)定的 3.5%NiCrMoV 鋼。我國目前的一大重點急需突破項目就是具備百萬千瓦級核電低壓轉子的設計跟制造，這就需要通過研究新的工藝和技術來細化和均勻化內部晶粒來提高低壓轉子鋼的材料性能跟機械性能。 由于 DEFORM 自帶的材料模型里沒有 30Cr2Ni4MoV，則需要構建材料模型。通過熱模擬實驗機 Gleeble1500，來繪制出 30Cr2Ni4MoV 鋼的高溫流動應力曲線。  通過把圖 3.5-3.7 的數(shù)

低壓轉子鋼扭轉鐓粗模型的單元格劃分[ 04-15 09:05 ]

在 DEFORM-3D 中，軟件為了考慮到重新劃分網(wǎng)格時方便與快捷，自身的網(wǎng)格剖分程序只能劃分四面體單元格。但是如果想要提高網(wǎng)格計算的精度，DEFORM-3D 也可以接收外部程序生成的六面體網(wǎng)格。由于本文中的模擬實驗模型形狀較為簡單，因此選擇方便快捷面體網(wǎng)格較為合適。網(wǎng)格劃分可以控制網(wǎng)格的密度，從而減少網(wǎng)格的數(shù)量，避免由于變形劇烈而使局部產(chǎn)生嚴重的網(wǎng)格畸變。根據(jù)坯料的尺寸及形狀來選擇合理的網(wǎng)格劃分數(shù)量，本文中坯料的網(wǎng)格數(shù)選擇在 1 萬到 2 萬之間。坯料模型網(wǎng)格劃分樣式如圖 3.3 所示，整個有限元模型如圖 3.4

低壓轉子鋼扭轉鐓粗模型各部分的生成[ 04-15 08:05 ]

本模擬實驗模型主要由上模、下模及坯料三部分構成。模擬實驗當中構建了三種不同高徑比的圓柱型坯料，而其中直徑大小是一定得，因此上下模的建立只需要一次就可以了，并且由于坯料是圓柱形狀所以上下模尺寸相同即可。三部分的具體尺寸如下各圖：

摩擦邊界條件的選擇[ 04-14 10:05 ]

摩擦是金屬塑性成形當中最為重要的問題，選擇合理的、正確的摩擦邊界條件可以使得有限元計算的結果更加準確。（1）庫倫摩擦模型假設摩擦因數(shù)為一常數(shù)，摩擦力與摩擦表面上受到的正壓力成正比，即式中：p 為正壓力。此公式適用于工件與模具接觸時滑動速度相對較慢的剛性區(qū)部分，所求出的摩擦應力不大于剪切屈服極限。使用庫倫摩擦模型的時候，可以先假設一種摩擦力的分布模式，然后計算出相應的正壓力，并通過計算得出的正壓力得出新的摩擦力分布。反復迭代以上過程，直至前后兩次迭代得出的摩擦力分布基本一致。（2）剪切摩擦模型 假設摩擦表面

初始速度場的生成[ 04-14 09:05 ]

求解非線性方程組時選用迭代方法，那么迭代的起始點就需要選擇一個初始速度場，并利用這個起始點反復進行迭代運算直到收斂于真實解。對于初始速度場的選擇無需非常精確，然而必須滿足邊界條件，同時大致反映出材料變形過程當中的流動規(guī)律。初始速度場的選擇會直接影響收斂速度的快慢，所以初始速度場要盡量選擇接近實際速度場，否則不僅難以收斂，更可能會發(fā)散。比較常用的初始速度場的產(chǎn)生方法有以下幾種。（1）工程近似法對于坯料形狀和邊界條件較為簡單的時候，有限元計算的初始速度場可以使用能量法、上限法等工程計算方法求出的近似速度場。（2）網(wǎng)格細

有限元法分析求解問題的步驟[ 04-14 08:05 ]

有限元法實質是在物理模型上進行近似數(shù)值計算的一種方法，所求得的解是數(shù)值解。實踐證明如果處理得當，利用有限元法分析工程問題，所求得的解精度較高。采用有限元法時，應先將連續(xù)體劃分為若干個有限大小的單元，即“有限元”，根據(jù)所選模型的不同，這些單元的形狀也不相同，面元可以是：三角形，四邊形或矩形。各個單元排列方式和大小都沒有嚴格的要求，每一單元通過的節(jié)點與周圍其他單元相連接。有限元法解題步驟如圖 2.1 所示：第一步：結構的離散化，即“化整為零”。將連續(xù)體離散化是有限元法的基

有限元法的主要優(yōu)點[ 04-13 10:05 ]

有限元法是現(xiàn)在工程領域里應用最為廣泛的一種數(shù)值計算方法之一，它能發(fā)展成為現(xiàn)代工業(yè)與工程技術領域重要的組成部分，除了由于現(xiàn)在工業(yè)化技術發(fā)展需要的大環(huán)境外，其自身就具有諸多的優(yōu)點： （1）物理概念淺顯清晰，易于掌握。有限元法不僅可以通過非常直觀的物理解釋來被掌握，而且可以通過數(shù)學理論嚴謹?shù)姆治稣莆辗椒ǖ谋举|。 （2）描述簡單，利于推廣。有限元法由于采用了矩陣的表達形式，從而可以非常簡單的描述問題，使求解問題的方法規(guī)范化，便于編制計算機程序，并且充分利用了計算機的高速運算和大量存儲功能。 （

扭轉鐓粗塑性有限元法的分類[ 04-13 09:05 ]

金屬塑性成形根據(jù)變形特征可以分為兩類：體積成形和板料成形工藝。金屬材料在鍛造、軋制、擠壓等體積成形時會產(chǎn)生較大的塑性變形，而彈性變形由于相對較少，因此可忽略。然而對于如冷沖壓、冷軋等板料成形金屬材料雖然變形也較大，但是彈性變形已經(jīng)達到了不能忽略的比例，所以彈性變形與塑性變形需要同時考慮。基于以上兩種情況，在建立材料模型時就分為了剛塑性材料模型和彈塑性材料模型。剛塑性有限元法采用 Levy-Mises 率方程和 Mises 屈服準則求解未知量為節(jié)點速度，在忽略彈性變形后，由經(jīng)驗表明對熱變形過程中的精度影響并不大。通過

有限元法隨商品軟件出現(xiàn)的發(fā)展[ 04-13 08:05 ]

模擬理論及其技術的日益成熟，為有限元模擬軟件的商品化創(chuàng)造了有利的條件，有限元軟件開始不僅僅應用與實驗室，已經(jīng)開始面向企業(yè)，用于開發(fā)實際的產(chǎn)品和質量控制中。其中運用比較廣泛的是美國的 DEFORM 和法國的 FORGE，它們不僅有較強的塑性問題分析能力，而且具有了良好的前后處理功能和友好的用戶界面，這些特點都是基于 CAD 技術的進一步發(fā)展。隨著模擬技術與軟件的逐步提高，塑性有限元法在金屬成形中得到了更加深入的應用與發(fā)展，幾乎所有的成形工藝問題都可以被分析，并且分析對象的復雜程度也不斷增加，求解的問題也由二維擴展到三

塑性有限元法的基本原理及發(fā)展歷程與趨勢[ 04-12 10:05 ]

有限元法是隨著計算機硬件技術及其相關軟件技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)在數(shù)值計算方法。它在金屬塑性加工領域的出現(xiàn)開始于上世紀 70 年代。近 40 年的發(fā)展使得有限元法成為方法種類較為齊全、軟件功能豐富、工程應用廣泛，其中剛塑性有限元法的應用與發(fā)展尤為顯著。 金屬塑性加工是金屬加工的一種重要工藝方法，它不僅生產(chǎn)效率高、原材料消耗少，而且可以有效地改善金屬材料的力學性能和組織。而且塑性加工作為制造業(yè)的一個重要分支，廣泛地應用于制造業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，全世界四分之三的鋼材需要經(jīng)過塑性加工，在發(fā)展迅猛的汽車業(yè) 60%

扭轉鐓粗的主要研究內容和意義[ 04-12 09:05 ]

扭轉鐓粗工藝還并未像形砧工藝那樣被實際應用于生產(chǎn)當中。其工藝參數(shù)與傳統(tǒng)鐓粗工藝對比較為復雜，所以還需要進一步對扭轉鐓粗影響因素進行細致、深入的研究，并設計更為好的扭轉鐓粗裝置來通過實驗為實際生產(chǎn)提供依據(jù)。 本文主要研究的內容如下： （1）通過 DEFORM-3D 模擬軟件對 30Cr2Ni4Mo V 低壓轉子鋼進行數(shù)值模擬，通過設定不同的高徑比、摩擦因子、下壓速度、扭轉角度等工藝參數(shù)，分析其所需變形力及應變分布情況，來優(yōu)化扭轉鐓粗實驗的工藝參數(shù)。 （2）建立四因素三水平的正交表，通過

扭轉鐓粗裝置的研究[ 04-12 08:05 ]

一項新的理論、新的工藝的提出，都是為了將來能使其運用到實際或者科研實驗當中。而設備就是將理論用于現(xiàn)實的橋梁。扭轉鐓粗工藝自提出到現(xiàn)在，有諸多學者和科研單位致力于扭轉鐓粗裝置的研發(fā)。根據(jù)不同的扭轉方式，設計扭轉鐓粗裝置主要有兩類裝置如圖 1.3。第一類裝置是上壓頭在鐓粗的同時做扭轉運動，扭矩和下壓載荷都是上壓頭提供。第二類裝置是上壓頭只提供軸向下壓載荷，而下砧處為一扭轉工作臺，提供扭矩。第二類裝置的好處是可以軸向下壓載荷與扭矩可以分別控制，有利于工藝參數(shù)的調整。扭轉鐓粗裝置最早是二十世紀五十年代前蘇聯(lián)的專家通過改造了