難變形材料環(huán)件軋制過程的三維有限元數(shù)值模擬.pdf

1、環(huán)形件是航空發(fā)動機關(guān)鍵鍛件的一個重要類型。航空發(fā)動機的壓氣機機匣、渦輪機匣、結(jié)合環(huán)等零部件均采用價格昂貴的高溫合金和鈦合金環(huán)件制造。因此環(huán)件的質(zhì)量和制造技術(shù)對于提高發(fā)動機的性能水平和使用壽命，降低研制成本，提高發(fā)動機研制能力都具有十分重要的影響。采用軋制技術(shù)成形的環(huán)件具有組織致密、強度高、韌性好等優(yōu)點，是鑄造或其他制造技術(shù)所不能替代的。因此，軋制環(huán)件是目前航空、航天發(fā)動機中承力環(huán)形件零件毛坯的主要來源。 由于環(huán)件軋制過程的特殊復(fù)

2、雜性，對環(huán)件軋制過程進行三維有限元數(shù)值模擬是近年來環(huán)軋技術(shù)發(fā)展的研究熱點之一。本文針對難變形材料環(huán)件軋制過程三維有限元數(shù)值模擬中的關(guān)鍵問題進行了深入研究。取得了新見解如下： 采用理論分析和實驗研究相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了環(huán)件徑/軸雙向復(fù)合軋制過程中運動學(xué)關(guān)鍵參數(shù)的變化規(guī)律，建立了環(huán)件瞬時直徑，直徑增長速率，雙向變形量的分配關(guān)系，錐輥轉(zhuǎn)速的匹配關(guān)系等關(guān)鍵參數(shù)的新的計算方法，并進行了相關(guān)的試驗驗證，計算數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)吻合良好。同時所

3、建立的計算公式物理意義明確，形式簡單從而為建立環(huán)件軋制的三維有限元模型奠定了基礎(chǔ)，并可顯著提高計算效率。 對目前塑性加工領(lǐng)域常用的有限元軟件進行了系統(tǒng)的對比分析，在保證計算精度的前提下選用彈塑性有限元顯式算法和成熟的LS-DYNA軟件作為基礎(chǔ)平臺建立了環(huán)件軋制過程三維有限元計算模型。運算結(jié)果表明與常用剛塑性方法和軟件相比，本文所選用的計算方法和模型，在保證相同計算精度的條件下，計算效率顯著提高。 系統(tǒng)分析和研究了環(huán)件軋制

4、過程三維有限元數(shù)值模擬實施過程中若干關(guān)鍵問題的處理技術(shù)。提出了材料屬性定義、網(wǎng)格劃分技術(shù)、接觸方式、摩擦和傳熱邊界條件，進給速度和錐輥轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的特殊處理方法。從而建立了能夠客觀反映難變形材料環(huán)件徑/軸雙向復(fù)合軋制過程動態(tài)特性的三維有限元模型。并應(yīng)用所建立的模型對GH4169合金XX環(huán)件的實際軋制過程進行了三維有限元分析。 根據(jù)模擬結(jié)果，詳細揭示了徑/軸雙向復(fù)合軋制過程中環(huán)件的網(wǎng)格、尺寸、形狀變化規(guī)律，以及徑向和軸向環(huán)件凹坑

5、的產(chǎn)生原因。定量分析了整個軋制過程環(huán)件內(nèi)的溫度、等效應(yīng)變、雙向軋制力的分布和演化情況。同時對不同的徑向和軸向進給速度對徑軸雙向復(fù)合軋制過程中軋制力，直徑增長速率及溫度分布的影響進行了系統(tǒng)分析，并進行了相應(yīng)的實驗驗證。計算結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)表明，在軸向工藝或徑向工藝一定的條件下，相應(yīng)的徑向或軸向軋制力隨著進給速度的增大而增大；直徑增長速率也隨進給速度的增大而增大；進給速度不大的條件下，進給速度的變化對環(huán)件溫度的分布影響不大。本文所提出的徑/軸