大型磨辊轴锻造工艺研究及数值模拟

1、摘要 I 论文题目：大型磨辊轴锻造工艺研究及数值模拟 论文题目：大型磨辊轴锻造工艺研究及数值模拟 专 业：材料加工工程专 业：材料加工工程 研 究 生：陈艳伟 研 究 生：陈艳伟 指导教师：苏娟华 教授 指导教师：苏娟华 教授 摘 要 摘 要 大型锻件是机器设备的关键和核心部位，是重大装备的制造基础件，是衡量一个国家工业水平和国防力量的重要标志之一。近些年来，世界工业的发展增加了大型锻件的需求量，并且对质量的要求也日益提高。由于大型锻件的重量和尺寸不断地增大，锻造时所需钢锭尺寸和重量也越来越大，大钢锭锻造时极高的质量要求给锻造业提出了新的课题。 磨辊轴是 ATOX 型立磨上的重要大型零部件，随着设备大型化的发展，磨辊轴尺寸也在逐渐增大。磨辊轴零件除了外形具有不同截面的台阶轴，局部还具有一个尺寸为 1850mm1100 mm 的矩形截面。按照传统工艺锻造，原始钢锭镦粗直径要达到 2900mm，超出了现有 8400T 水压机的锻造能力，而且如果采用大钢锭来锻造，工艺损料大，造成了巨大的材料浪费。锻件矩形法兰部分尺寸大，锻造时难以保证外观尺寸及内部质量要求。为了提高产品质量和经济效益，必须进

2、行技术改进与创新，经过深入分析研究，决定运用胎模锻造的锻造工艺。 本文首先结合磨辊轴的形状尺寸，具体深入分析了磨辊轴整体锻造工艺，并对内部孔洞缺陷进行研究，运用有限元软件 DEFORM-3D 对内部含有孔洞的锻件模型进行拔长工序的模拟研究，通过对在不同参数条件下孔洞闭合效果的分析研究，得出较佳的工艺参数，为实际生产提供依据。 由于磨辊轴法兰部分方角的存在，加大了胎模锻造成形的难度。利用数值模拟技术，不断地对成形工艺进行研究，分别对不同工艺下的成形效果进行分析比较，找到了较佳的工艺方案；而后根据局部胎模成形的特点，对在不同模具结构下的成形进行模拟，通过分析对比，最终得出了合理的锻造工艺及模具结构，进而获得了理想的锻件产品。 关 键 词：关 键 词：大锻件，磨辊轴，孔洞缺陷，数值模拟，胎模锻造 论文类型：论文类型：应用基础研究 摘要 II Subject: The Research and Numerical Simulation of Forging Process for Heavy Grinding Roller Shaft Specialty: Material Processin

3、g Engineering Name: Chen Yan-wei Supervisor : Prof. Su Juan-hua ABSTRACT As key and basic parts of large scale equipments, the level of production of the heavy forgings are proved to be an important symbol of national industry and defense force. In recent years, the rapid development of the world industrial greatly increase the requirements of large forgings gradually，and the quality requirements are also become higher and higher. With the weight and dimensions of large forgings increasing const

4、antly，the quality requirements of the large forgings propose new issues for the forging industry . Grinding roller shaft is a key part of ATOX grinding roller and belongs to large forging. The size of grinding roller shaft is increasing with the development of large-scale equipment. It has step shaft with different cross section and 1850mm 1110mm rectangular cross-section. If general method is used，upsetting diameter of ingot should reach 2900mm, and the current 8400T hydraulic is unable to prod

5、uce. If large ingot is used to forge，it will cost a huge waste of metal. Because the grinding roller shaft has a large rectangular flange，the dimensions and internal quality will be difficult to ensured in forging process. In order to improve economic efficiency and quality, the technology must be improved and innovated. The loose tooling forming process is used after analyzing. In this paper, the whole forging process and voids defects in heavy forgings were studied. Numerical simulation of voi

6、ds crushing in Stretching process using DEFORM-3D for grinding roller shaft was researched. After studying the effect of voids crushing using different process parameters，the preferable process parameters is chosen. Large rectangular cross-section is formed in the loose tooling forming process. It is difficult to forge because of the corner. The forming process and die structure are studied by using finite element simulation. The appropriate process was found through improving method repeatedly.

7、 Then simulation software DEFORM-3D was used to 摘要 III simulate the forming process of square part using different die structure. Finally the reasonable forging process and appropriate die structure was found after analyzing and comparing according to the actual production and the eligible forgings were produced. KEY WORDS: heavy forgings，grinding roller shaft，voids defect，numerical simulation，loose tooling forging Dissertation Type: application basic research 第 1 章 前言 1 第第 1 章章 前前 言言 1.1 引言引言 大

8、锻件一般为大型设备的关键和核心部位，是重大装备设施的制造基础件。大锻件的发展是衡量一个国家工业水平和国防力量的重要标志之一1。近些年来，世界工业的发展增加了对大型锻件的需求，并且对质量的要求也越来越高。由于大锻件的重量和尺寸在不断地增大，因此锻造时所需钢锭尺寸和重量也越来越大，锻件极高的质量要求给锻造行业提出了新课题2。 在现代水泥工业的生产系统中，大型立磨由于其粉磨机原理先进、生产能力较大，粉磨工艺流程比较简单，而且占地面积较小，寿命长，操作简单3，已成为新型干法水泥生产线中原料粉磨的首选设备，在国内外已经得到广泛的应用。始于 20 世纪中期的丹麦史密斯公司 ATOX 型立式辊磨就是一个代表，新一代磨辊 ATOX55 立磨，集烘干、粉磨、选粉、提升于一体，特别适用于水泥原料的烘干粉磨。ATOX 立磨有 3 个磨辊，3 个磨辊分别被装在 3 个磨辊轴上，3 个磨辊轴之间通过 1 个刚性的三角架联接在一起，大大地提高了 ATOX 磨机的可靠性和经济性。磨辊轴是 ATOX 型立磨中的大型关键零部位，工作中受力复杂，进而对磨辊轴的锻造质量有很高的要求，因此对磨辊轴锻造工艺的研究有着重要的现实

9、意义4。 1.2 大锻件锻造工艺现状与进展大锻件锻造工艺现状与进展 大锻件一般应用在大型机械的关键部位，由于工作环境恶劣，受力复杂多变，因此，在生产过程中对大型锻件的质量要求很高5。大锻件由钢锭直接锻造成形，生产大型锻件时，即使采用最先进的冶金技术，钢锭内部也不可避免存在微裂纹、疏松、缩孔、偏析等缺陷，严重影响锻件的质量，为了消除这些缺陷，提高锻件质量，就必须改进锻造工艺，选用合理的锻造工艺参数6。 大锻件锻造不仅要满足所需零件形状和尺寸，而且重要的是破碎铸态组织、细化晶粒、均匀组织、锻合缩孔、气孔和缩松等缺陷，提高锻件内部质量7。钢锭尺寸愈大，钢锭中的缺陷也愈严重，锻造改善缺陷愈困难，进而增加了锻造难度。在锻造过程中，镦粗和拔长是最基本的工序，也是不可缺少的工序，对于具有特殊外形的锻件来说，胎模锻造也较为常用。因此，需要对镦粗、拔长以及胎模锻造工艺进行研究。 河南科技大学硕士学位论文 2 1.2.1 镦粗工艺的研究状况 镦粗工艺的研究状况 在大型锻件的自由锻生产中，镦粗是一个非常主要的变形工序。镦粗工艺参数的合理选择，对大锻件的质量起着决定性的作用。反复的镦拔不但可以提高坯料的锻造比，同时也可以破碎合金钢中的碳化物，达到均匀分布的目的；还可以提高锻件的横向力学性能，减小力学性能的异向性8。 虽然塑性力学

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