亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        坯料錐度引起的鋁合金筒節(jié)軋制過程跑偏研究

        2021-08-19 11:48:38孫建亮徐利璞
        重型機械 2021年4期
        關(guān)鍵詞:筒節(jié)錐度坯料

        張 旭,孫建亮,韓 輝,徐利璞,尤 磊

        ( 1.燕山大學(xué)國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心,河北 秦皇島 066004;2.中國重型機械研究院股份公司,陜西 西安 710032)

        0 前言

        鋁合金因其密度小、比強度高、質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性好、延展性好、易成型且回收率高而被廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車領(lǐng)域[1]。在航天工業(yè)中,大型鋁合金筒節(jié)是重型發(fā)射器的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件。大型筒節(jié)在服役過程中受力情況復(fù)雜,這無疑需要筒節(jié)具有非常高的尺寸精度和優(yōu)異的力學(xué)性能。國際上通常采用斷面焊接方法來制造大型筒節(jié),該方法具有材料來源簡單、技術(shù)難度小等優(yōu)點。然而,同時也存在焊接接頭強度低、焊接變形和殘余應(yīng)力大、形狀和力學(xué)性能一致性低的缺點[2]。為了克服這些問題,很多研究人員開始采用環(huán)形軋制生產(chǎn)大型筒節(jié)。環(huán)形軋制具有生產(chǎn)效率高、服役壽命長、可靠性和可維護性好等優(yōu)點。目前,中國第一重型機械公司已經(jīng)自主研發(fā)了大型筒節(jié)軋機,能夠軋制大直徑、大高度、大厚度的筒節(jié)[3]。一般情況下,用于軋制的大型筒節(jié)坯料是自由鍛造而成的,原始坯料的尺寸很難精確控制,毛坯的內(nèi)圓和外圓沿軸線方向呈錐體狀,所以壁厚沿軸線方向分布不均勻。由于大型筒節(jié)兩端的直徑不同,導(dǎo)致在環(huán)軋過程中兩端的角速度不一致,工作一段時間后工作輥軸線與筒節(jié)軸線之間存在一定的夾角,其表現(xiàn)形式為筒節(jié)向一側(cè)偏移,因此,筒節(jié)在環(huán)軋過程中出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。事實上,在環(huán)軋過程中對筒節(jié)質(zhì)量控制的研究主要是通過控制筒節(jié)的導(dǎo)向機構(gòu)和圓度。李昶研究了導(dǎo)向輥對冷軋環(huán)圓度誤差的影響規(guī)律[4]。Wang等人研究了軋輥運動對大型鈦合金環(huán)的尺寸精度的影響[5]。Wang等人研究了各種導(dǎo)輥控制方式對環(huán)軋直徑變化規(guī)律的影響,并發(fā)明了一種基于光柵和PLC的可靠位移測量系統(tǒng)[6]。Li等人提出了一種基于液壓調(diào)節(jié)機構(gòu)的導(dǎo)輥控制方法,并提供了該機構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計參數(shù),進(jìn)行了有限元模擬[7]。王澤武等人研究了600 MW核電蒸發(fā)器錐形環(huán)在徑向-軸向環(huán)軋機上的軋制情況,并通過有限元模擬驗證了軋制技術(shù)的可行性[8]。Wang等人研究了虛擬圓錐環(huán)軋制工藝的關(guān)鍵技術(shù)[9]。 Han等人研究了臺階形狀的錐形環(huán)坯的尺寸優(yōu)化設(shè)計[10]。郭良剛等人研究了TC4鈦合金錐形環(huán)熱軋過程中應(yīng)變和溫度場對軋輥尺寸的影響[11-12]。孟文建立了近模圓錐環(huán)熱軋過程的熱機械耦合有限元模型,并可以實現(xiàn)圓錐環(huán)軋過程的穩(wěn)定性[13]。從以上分析可知,當(dāng)前研究主要集中在錐形環(huán)軋的有限元模擬上,對環(huán)形坯料錐度造成的軋制過程中跑偏的研究很少。因此,本文采用有限元模擬和實驗相結(jié)合的方法研究了帶錐度筒節(jié)軋制過程中的跑偏機理,并給出了控制跑偏的方法。

        1 大型帶錐度鋁合金筒節(jié)的軋制工藝模型

        1.1 有限元模型的建立

        3 700 mm筒節(jié)軋機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。軋制大型鋁合金筒節(jié)時,筒節(jié)從上輥載入。在上輥和下輥的帶動下,筒節(jié)的徑向厚度逐漸變小,直徑逐漸增大??紤]到筒節(jié)鍛造過程中會不可避免的產(chǎn)生錐度,在商業(yè)化有限元軟件DEFORM中建立了筒節(jié)環(huán)軋過程有限元模型,如圖2所示。在環(huán)軋過程中,上輥與筒節(jié)的內(nèi)表面接觸,下輥與筒節(jié)的外表面接觸,導(dǎo)輥與筒節(jié)的外表面接觸。將上下軋輥與筒節(jié)的接觸均設(shè)置為剪切摩擦。導(dǎo)向輥是被動輥,所以不承受摩擦力矩。

        圖1 筒節(jié)軋機結(jié)構(gòu)示意圖

        圖2 大型鋁合金筒節(jié)軋制過程的有限元模型

        有限元模型考慮了由自由鍛造而形成的筒節(jié)坯料錐度,坯料錐度為筒節(jié)兩端的外表面直徑差與筒節(jié)寬度之比。建立了一系列的帶錐度筒節(jié)模型,大端和小端半徑分別定義為2 050/2 040 mm、2 060/2 040 mm、2 080/2 040 mm、2 100/2 040 mm、2 120/2 040 mm,即錐度1∶50、1∶25、1∶12.5、1∶8.33、1∶6.25。

        將在熱機械模擬機Gleeble-3800上得到的變形抗力曲線導(dǎo)入Deform中。將圓柱體定義為彈塑性體,上輥、下輥和導(dǎo)輥均定義為剛性體。使用Deform軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格為四面體單元,并使用其自動修正功能,當(dāng)仿真過程中發(fā)生變形或干涉時,軟件可以自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。表1給出了有限元模擬時的工藝參數(shù)。

        表1 有限元模擬時采用的工藝參數(shù)

        1.2 6061鋁合金的變形抗力模型

        本研究中使用的材料是6061鋁合金,材料主要化學(xué)成分見表2。壓縮試驗在Gleeble-3800熱機械模擬機上進(jìn)行,溫度分別為250 ℃、 300℃、350 ℃、400 ℃、450 ℃,應(yīng)變速率為0.001 s-1、0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1、10 s-1。由鍛件加工而成試樣幾何尺寸為Ф10 mm×15 mm,用砂紙打磨,用酒精清洗。在進(jìn)行壓縮試驗之前,首先以10 ℃/s的速度將試樣加熱到500 ℃并保持5 min,然后以5 ℃/s的冷卻速度將其冷卻到變形溫度。在壓縮試驗前,試樣在變形溫度下浸泡2 min,使溫度分布均勻,所有試樣都被壓縮到約0.7的真實應(yīng)變。變形后的試樣立即進(jìn)行淬火。

        表2 6061鋁合金的化學(xué)成分 %

        6061鋁合金的穩(wěn)定應(yīng)力可以表示為

        (1)

        基于一種新型流變應(yīng)力方程的變形抗力模型可表示為

        (2)

        圖3 6061鋁合金在不同應(yīng)變速率下的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線

        2 模擬結(jié)果分析

        2.1 跑偏現(xiàn)象及原因分析

        圖4是具有不同錐度的大型筒節(jié)在軋制過程中的跑偏情況。如圖4所示,筒節(jié)左側(cè)為大直徑端,右側(cè)為小直徑端,筒節(jié)由于自身錐度的原因,在軋制過程中沿軋輥軸向出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。當(dāng)筒節(jié)錐度小于1∶25時,從圖4a和圖4b可以看出,筒節(jié)偏移現(xiàn)象不明顯;當(dāng)筒節(jié)錐度增大到1∶12.5時,從圖4c可以看出,缸體向小直徑端偏移;當(dāng)筒節(jié)錐度繼續(xù)增大時,從圖4d到圖4e可以看出,筒節(jié)偏移現(xiàn)象嚴(yán)重。

        圖4 不同錐度的大型筒節(jié)的跑偏現(xiàn)象

        圖5是不同錐度筒節(jié)的速度場云圖。速度場云圖直觀地反映了筒節(jié)的金屬流動方向。從圖5a和圖5b可以看出,當(dāng)錐度為1∶50和1∶25時,金屬向負(fù)軸方向流動,所以顯示出圓柱體的左偏現(xiàn)象,但由于錐度較小,偏離現(xiàn)象并不明顯。當(dāng)錐度為1∶12.5時,金屬流入和流出變形區(qū)的方向是相反的。流入變形區(qū)前,金屬沿負(fù)軸方向流動,流出變形區(qū)后,金屬沿正軸方向流動,總體趨勢向左偏離,但現(xiàn)象不嚴(yán)重,如圖5c所示。圖5d和圖5e表明,當(dāng)錐度為1∶8.33和1∶6.25時,金屬沿正軸方向流動,所以圓柱體嚴(yán)重偏向右側(cè)。

        圖5 不同錐度的大型筒節(jié)的速度場云圖

        軸向力是影響筒節(jié)跑偏的關(guān)鍵因素。圖6顯示了上輥和下輥的五組筒節(jié)軸向力曲線。由于筒節(jié)坯料字身的錐度,在軋制過程中會出現(xiàn)不穩(wěn)定的軋制狀態(tài),所以軸向力波動較為嚴(yán)重。從圖6a~圖6c可以看出,當(dāng)缸體錐度小于1∶12.5時,下輥施加的筒節(jié)負(fù)方向軸向力較大。圖6d表明,當(dāng)錐度增大到1∶8.33時,筒節(jié)在軋制過程中會出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象,下輥施加的軸向力方向由負(fù)逐漸轉(zhuǎn)為正,相應(yīng)地,上輥施加的軸向力方向由正逐漸轉(zhuǎn)為負(fù),所以筒節(jié)有向右偏移的趨勢。

        圖6 不同錐度的大型筒節(jié)的上輥和下輥軸向力與時間的關(guān)系

        2.2 控制策略和控制效果

        為了克服軋制過程中由于坯料錐度造成的筒節(jié)運行跑偏問題,調(diào)整下輥的傾斜度是最有效的方法之一。所以在環(huán)輥軋機系統(tǒng)的設(shè)計中,將下輥設(shè)計成獨立可調(diào)。而傳統(tǒng)的軋輥軸向定位裝置是鎖緊板結(jié)構(gòu),只允許軋輥的微小調(diào)整。為了滿足下輥的調(diào)整幅度,設(shè)計了軸向方向定位裝置的擺動結(jié)構(gòu)。下部工作輥可以上下移動,同時也可以實現(xiàn)任意擺動,該裝置結(jié)構(gòu)可以滿足控制功能的要求。本文研究了軋制過程中筒節(jié)跑偏的控制問題,滾筒運行跑偏的控制效果如圖7所示。

        圖7a~圖7c分別顯示了傾斜輥5 mm、10 mm和15 mm值下的筒節(jié)運行跑偏情況。根據(jù)圖4分析,在應(yīng)用錐度控制策略之前,筒節(jié)在軋制過程中具有向左側(cè)的跑偏趨勢。從圖7a~圖7c可以看出,通過調(diào)整軋制的傾斜度,筒節(jié)的跑偏得到了明顯的改善。根據(jù)圖7d,當(dāng)傾斜輥的數(shù)值過大或調(diào)整不合理時,就會發(fā)生嚴(yán)重的跑偏現(xiàn)象。因此,通過調(diào)整傾斜輥可以有效地控制筒節(jié)的跑偏。

        3 試驗和討論

        由于大型鋁制筒節(jié)尺寸巨大,工業(yè)實驗將耗費大量的材料和能源。為了驗證通過調(diào)整軋輥傾斜度來調(diào)整筒節(jié)跑偏的效果,根據(jù)相似性原理,在小試樣上進(jìn)行了軋制實驗。試驗鋁環(huán)和軋機如圖8所示,表3為試驗軋機的設(shè)備參數(shù)和圓柱體軋制的工藝參數(shù)。

        圖8 試驗鋁環(huán)(左)和軋機(右)

        表3 試驗軋機的設(shè)備參數(shù)與筒節(jié)軋制的工藝參數(shù)

        為了模擬環(huán)軋錐形毛坯時出現(xiàn)這種跑偏現(xiàn)象,將軋輥左側(cè)的減少率定義為15%,右側(cè)定義為10%。圖9顯示了錐形毛坯的試驗條件和軋制試樣的跑偏。通過調(diào)整下層工作輥的傾斜度,降低工作輥左側(cè)的減速比,增加工作輥右側(cè)的減速比,試樣的軋制效果得到了改善。圖10顯示了軋制試樣的改善情況。

        圖9 初始環(huán)件與軋制后產(chǎn)生跑偏的環(huán)件

        圖10 初始環(huán)件與改進(jìn)后的軋制環(huán)件

        綜上所述,坯料的錐度導(dǎo)致了滾筒兩端直徑的差異,并產(chǎn)生了跑偏現(xiàn)象。通過合理地調(diào)整輥子的傾斜度,可以有效地控制筒節(jié)的跑偏。

        4 結(jié)論

        大型帶錐度的6061鋁合金在環(huán)軋過程中會產(chǎn)生跑偏。當(dāng)筒節(jié)的相對錐度較小時,下輥對筒節(jié)有較大的負(fù)軸向力,金屬向左流動,筒節(jié)有向左跑偏的趨勢。當(dāng)錐度相對較大時,筒節(jié)受到較大的正軸向力,筒節(jié)有向右跑偏的趨勢?;谙鹿ぷ鬏伒臄[動式結(jié)構(gòu),提出通過調(diào)整下工作輥的傾斜度來控制筒節(jié)的跑偏。將這一理論應(yīng)用到有限元中,對環(huán)軋過程進(jìn)行了模擬,并進(jìn)行了試驗驗證。結(jié)果表明,適當(dāng)調(diào)整下工作輥的傾斜度可以有效地控制筒節(jié)的跑偏。

        猜你喜歡
        筒節(jié)錐度坯料
        軸承套圈坯料螺旋孔型斜軋成形數(shù)值模擬及分析
        軸承(2022年5期)2022-06-08 05:05:42
        大型筒節(jié)軋制成形機理研究
        4032鋁合金轎車活塞擠壓坯料形狀優(yōu)化與試驗研究*
        次級線圈繞線錐度對LVDT靜態(tài)特性的影響
        高速鋼電火花線切割錐度加工試驗研究
        Archaeological Discovery Confirms the Ancient Past of Yin County
        文化交流(2019年3期)2019-03-18 02:00:12
        PLC在石化筒節(jié)雙槍堆焊設(shè)備中的應(yīng)用
        等效錐度曲線非線性特性及影響研究
        無鍵錐度液壓聯(lián)接在大功率高轉(zhuǎn)速偶合器中的應(yīng)用
        電力與能源(2017年6期)2017-05-14 06:19:48
        GH3230鍛件毛坯數(shù)值模擬優(yōu)化
        中文字幕乱偷乱码亚洲| 无码人妻少妇久久中文字幕蜜桃| 久久精品国产亚洲av四虎| 美女啪啪国产| 日韩精品少妇专区人妻系列| 免费黄片小视频在线播放| 亚洲av永久无码精品网站在线观看 | 国产午夜精品一区二区三区不卡| 四虎影视久久久免费| 在线观看国产精品一区二区不卡| 国产美女高潮流白浆免费视频| 无码av无码天堂资源网| 小12箩利洗澡无码视频网站 | 76少妇精品导航| 色窝窝手在线视频| 日韩中文字幕不卡在线| 国产综合久久久久久鬼色| 精品国产a∨无码一区二区三区| 曰本亚洲欧洲色a在线| 三上悠亚亚洲精品一区| 久久精品国产成人| 日韩高清毛片| 69精品人妻一区二区| 亚洲a无码综合a国产av中文| 久久99热久久99精品| 亚洲精品中文字幕不卡在线| 青青草在线免费观看在线| 日本熟妇色xxxxx日本妇| 日韩一线无码av毛片免费| 日本高清一区二区三区视频| 国内自拍色第一页第二页| 日产无人区一线二线三线乱码蘑菇| 成年女人A级毛片免| 精品人妻午夜中文字幕av四季| 暖暖 免费 高清 日本 在线| 久久久久亚洲精品无码网址| 水蜜桃一二二视频在线观看免费| 人妻熟女翘屁股中文字幕| 国产丝袜在线精品丝袜| 色综合久久精品中文字幕| 国产91极品身材白皙|