铝合金“Y”型结构环件轧制成形仿真分析与工艺设计优化开题报告
2020-04-26 11:53:53
1. 研究目的与意义（文献综述）
| 1.1.目的及意义（含国内外的研究现状分析） 现代工业产品化、系列化生产中，随着对武器装备总体性能和结构重量效益的要求日益提高，整体成形的薄壁轻质环件的应用需求迅速扩大。尤其是伴随航天技术对产品的可靠性、一致性、经济性要求越来越高，对整体成形的铝合金框环件的需求量越来越大。铝合金环形件由于具有比强度高、加工性能好、等优点，广泛应用于航天工业重要紧固连接件于关键承力结构件。其中，大型铝合金“Y”型结构环件，零件截面类似字母“Y”，高径比小，是运载火箭关键环形零部件之一。一方面，铝合金的锻造温度范围窄、热压加工成形困难；另一方面，该环件截面形状复杂，直径大，壁厚薄，导致环件轧制过程不好控制。所以，该类环件主要的传统加工方法为先通过轧制得到矩形截面环形锻件，再经过机械切削加工出截面轮廓。该方法不仅材料利用率低，加工周期长，而且削弱了产品力学性能，这严重影响了我国航天工业的发展。 与矩形环件轧制方法相比，大型异形环锻件轧制工艺是一种通过改变驱动辊、芯辊或锥辊形状，轧制得到大型异形截面环件的近净轧制成形技术。该项技术具有生产效率高、材料利用率高等优点，且环轧成形的零件流线随形状分布，力学性能优良，已成为实现航天领域高性能、大型复杂异形截面环件制造的重要支撑技术。 |
异形环锻件轧制成形过程是一个多因素耦合作用下的非线性变形过程，为 揭示其中的变形规律，有关学者开展了相关的研究。近些年来，在国外，Allood J.M等人提出了采用异形截面芯辊轧出内径处带有不同尺寸凹槽环件的可能性，使得异形截面环件近净成形成为可能，并采用石蜡模型进行了验证。随后，他们在实验室试制出一个由多个基础部分组成的新式轧环机，验证了在一台轧环机上轧出多种截面形状环件的可能性。Hirt G.等人在H100V80型号轧环机上轧制出碟形的异形截面环件，为实际生产碟形环件提供了科学依据。在国内，华中科技大学袁海伦等人建立了RAW200/160大型径轴向轧制机的有限元模型，对斜L形异形截面环形件的轧制过程进行了数值模拟，实现了环件轧制毛坯结构参数的设计。太原科技大学曲婧等人采用FORGE模拟软件对典型的高颈法兰盘异形截面环件毛坯进行有限元模拟分析，得出可通过增大坯料颈部倾角的方法，来减少鱼尾凹坑缺陷的深度。武汉理工大学的曾旭东、Zhou和顾森东等人探究出L形截面环件成形规律、缺陷形成机理，并成功准确地预测出轧制环的尺寸。山东大学的李天顺等人研究了驱动辊转速和芯辊进给速度等工艺参数对U形截面环件的成形过程的影响，得出不同工艺参数对异形截面轧制变形的影响规律。武汉理工大学韩双、钱东升等人首次以2A14铝合金为材料，探究铝合金锥面筒形环件轧制成形工艺，通过有限元模拟跟实验验证，成功轧制出合格的锥面筒形环件，为铝合金异形截面轧制工艺提供了科学的依据。随后，王兵等人研究分析了铝合金的轧环成形工艺，制定了某异形截面壳体结构的轧制工艺，并得出力学性能稳定、产品一致性高的铝合金异形截面壳体零件的生产方法。
以上对异形截面环件轧制工艺的研究，大多数都是针对于黑色金属，工程化应用程度高。而对于铝合金环件，尤其在大型铝合金环件方面，轧制过程容易出现爬辊扭曲等问题，成形难度大。因此，在铝合金环件轧制方面的研究，大多都是以矩形截面环件轧制为主。但在复杂而大型的异形截面铝合金环轧研究方面，国内外相关的研究报道很少，该方面的研究尚且存在许多空白。
因此，本课题针对大型铝合金“Y”型结构环件制造问题，采用ABAQUES/Explicit软件的有限元模拟仿真技术，开展对其轧制成形工艺分析，探究其成形过程中的变形规律和几何缺陷形成原因，对锻件、环坯以及工艺参数进行优化，使设计生产周期大幅缩短，实验、制造成本大幅下降，环件的质量和尺寸精度大幅提高，为大型铝合金“Y”型结构环件近净轧制成形工艺开发和应用提供学科指导，填补大型异形截面铝合金环件环轧研究方面的空白。
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2. 研究的基本内容与方案
| 2.1基本内容 （1）根据径向轧制原理，利用ABAQUES/Explicit软件建立铝合金“Y”型结构环件轧制成形有限元模型，分析成形过程的变形规律和几何缺陷形成原因；
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3. 研究计划与安排
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第4－6周：建立铝合金“Y”型结构环件轧制成形有限元模型，分析成形过程的变形规律和几何缺陷形成原因。
第7－9周：研究不同锻件、环坯以及工艺参数对轧制成形的影响规律，建立铝合金“Y”型结构环件轧制工艺优化设计方法。
第10－14周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。
第15周：论文答辩。
4. 参考文献（12篇以上）
