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扭轉鐓粗鼓形對比實驗[ 04-20 10:05 ]

傳統(tǒng)平砧鐓粗與扭轉鐓粗壓下量均為 40%，扭轉鐓粗的扭轉角度為 30°。實驗后，我們可以從圖 6.5 看出，鉛錠扭轉鐓粗的鼓形明顯小于傳統(tǒng)平砧鐓粗，形狀更為規(guī)則，沒有較大尺寸的凸起。從表 6-1 我們可以看出，相比較傳統(tǒng)平砧鐓粗，扭轉鐓粗后鉛錠的上、中、下各位置最大直徑與最小直徑的差值較小，而且上、中、下各位置間的差值也較小，這就說明扭轉鐓粗后的鉛錠圓柱度更好一些，形狀更加均勻。

扭轉鐓粗孔洞閉合對比實驗[ 04-20 09:05 ]

為了驗證孔洞閉合，需人為在鉛錠上進行打孔。如圖 6.2，孔直徑為 6mm，由于本實驗的壓下量為 40mm，考慮到體積變形，所以孔深取值 50mm，共打 9 個孔洞，孔洞間距如圖 6.3 所示。平砧鐓粗與扭轉鐓粗壓下量相同，而扭轉鐓粗的扭轉角度為 30°，鍛后對比如圖6.4。我們可以看到，傳統(tǒng)平砧鐓粗后，雖然心部的孔洞都有所閉合，但是在上部仍有孔洞無法完全閉合。這是因為在傳統(tǒng)平砧鐓粗工藝時，存在很大的難變形區(qū)域，那么在這個區(qū)域的一些孔洞就較難閉合。而從扭轉鐓粗后的鉛錠來看，孔洞全部閉合。這是因為相對于傳統(tǒng)平砧

扭轉鐓粗的桿件的設計[ 04-20 08:05 ]

如圖 5.1 中，該扭轉鐓粗裝置共有 3 處的桿件較為特殊，分別是連桿 13、推桿 16和連桿 17。 連桿 13 主要是將壓力機傳來的豎直壓力傳遞給下面的推力機構，轉化成水平推力。如圖 5.3，連桿下端為一 U 型槽，其主要用途是：一跟連桿 14 依靠銷釘連接在一起的時候起到導向作用；二在扭轉鐓粗結束后，壓力機在提升時，防止提升過高從而拽脫連桿。如圖 5.4，推桿 16 上打有多個銷釘孔，其主要作用是為了能夠在扭轉鐓粗的時候，調節(jié)扭轉的角度，根據(jù)公式 5-4 可以算出連接不同的銷釘孔所扭轉的角度α的大小

推力軸承的選取[ 04-19 10:05 ]

由于扭轉鐓粗工藝在扭轉臺扭轉的同時會有很大的軸向下壓載荷，所以如果光靠一個普通深溝球軸承是無法承受過大的軸向載荷。因此還需要添加一個推力軸承，推力軸承又稱作止推軸承，其主要承受軸向力。常見的推力軸承有：推力球軸承、推力圓柱滾子軸承、推力圓錐滾子軸承、推力調心滾子軸承等。其中推力圓柱滾子軸承所能承受的軸向載荷最大。本文設計的扭轉鐓粗裝置所選取的推力軸承為 81124 型推力圓柱滾子軸承，其主要參數(shù)如表 5-2 所示。扭轉鐓粗時，扭轉臺不僅需要扭轉的推力更主要受到了軸向的下壓載荷，這就需要對推力軸承的載荷進行校對。本文

普通深溝球軸承的選取[ 04-19 09:05 ]

深溝球軸承是滾動軸承中最為常用的一種類型，用途很廣泛，成本低且耐用。深溝球軸承主要是承受徑向的載荷，其摩擦系數(shù)非常小，能為扭轉臺提供平穩(wěn)的扭矩。本文設計的扭轉鐓粗裝置所選取的普通深溝球軸承代號為 6405 型，其主要參數(shù)如表5-1 所示。

扭轉鐓粗裝置設計[ 04-19 08:05 ]

扭轉鐓粗工藝需要在下壓的同時提供扭轉力，為了能在同一臺壓力機上完成這項工藝，本文設計了一套扭轉鐓粗裝置，裝配圖如圖 5.1 所示，三維圖如圖 5.2 所示。從圖 5.1 來分析該裝置的工作原理，上固定板 1 和 11 安裝于壓力機的上橫梁，兩夾板 12與連桿 13 通過銷釘鉸接，連桿 13 與 14 所示的 4 個連桿通過銷釘連接，推桿 9 與連桿14 通過銷釘連接后，讓銷釘穿過導向座 10 的滑槽，使得連桿、推桿組成推力機構，推桿 9 與連桿 17 通過銷釘連接，連桿 17 主要起到在扭轉時改變推力方向的作用，推

正交表的選用及實驗設計[ 04-18 10:05 ]

正交表的選取時正交試驗設計的最為首要的任務。要在已經(jīng)確定因素和水平后，根據(jù)這兩項以及需要交互作用的多少來選擇正確的正交表。其選擇原則是在可以安排下試驗因素以及交互作用的前提下，盡可能選取最小的正交表，從而減少試驗次數(shù)。正交表的表示形式如圖 4.1。其中 L 為正交表的代號，a 為試驗總次數(shù)（即行數(shù)），b 為因素水平數(shù)，c 為因素個數(shù)(（即列數(shù)）。因為本試驗共考慮高徑比、摩擦因子、下壓速度以及扭轉角度 4 個因素，所以選擇 ）（49L3 。即需要共作 9 次試驗，最多可觀察 4 個因素，每個因素均為 3 水平。本試驗

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