管筒形工件辊柱旋轧工艺数值分析与实验研究

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筒形件被广泛用于各行各业中的管路、容器和壳体中,旋压成形件的精度高,性能优良,表面光洁度好等各种优势,使其成为加工重要零部件的首选。旋压加工是通过成形工具对材料逐点施加压力从而使材料加工成所需要的形状,因此适合加工高强度难变形的材料,但成形效率低。本课题提出了一种新型的加工工艺——辊柱旋轧加工工艺,该工艺通过增加其成形工具与管坯的接触长度,从而保证大进给比下的成形质量。本文以管筒形工件旋轧工艺为研究对象。(1)提出了一种筒形工件辊柱旋轧加工工艺,主要目的是解决普通旋压在大进给比下无法成形,或成形质量低的问题,其实现方式是通过加长在变形接触区成形工具与管坯的轴向接触长度,从而改善大进给比下管坯表面波纹现象的发生,同时采用行星斜轧成形的方式布置成形工具,使其能够产生一个有助于管坯材料轴向流动的分速度和推力(摩擦力),改善旋轧区变形材料的轴向流动能力。(2)根据管坯为半无限体的假设,同时对辊柱旋轧模型进行了合理的假设,通过将辊柱旋轧的接触面积投影到坐标系的三个坐标平面,依据旋轧区各个点接触压力近似相等的原理,得到辊柱旋轧的力能参数模型。并对辊柱旋轧过程中辊柱工作面上各点进行了速度分析,为工艺的调整提供一定的理论依据。(3)基于对辊柱旋轧工艺合理的假设与简化,通过Solid Works建立了辊柱旋轧的三维模型,并在ABAQUS中对材料属性、相互作用、载荷、单元类型及网格划分进行了合理的选取,建立了辊柱旋轧三维有限元模型。(4)利用ABAQUS软件对工艺参数中的进给比f、减薄量tp、送进角β以及辗轧角γ与辊柱数量n等进行了对比仿真实验,对有限元仿真结果进行了整理分析,并探讨了辊柱旋轧工艺的不同参数对旋轧后工件的应力应变、壁厚值、壁厚偏差、椭圆度、扩径量以及管坯材料堆积等成形质量的影响规律。(5)对辊柱旋轧进行六组旋轧实验,并对旋后试样的表面粗糙度进行了检测,探讨了粗糙度与工艺参数间的关系。
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