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原文传递高强钢汽车传动轴管辊弯成型过程管坯变形行为及辊形设计方法研究

论文题名：	高强钢汽车传动轴管辊弯成型过程管坯变形行为及辊形设计方法研究
关键词：	高强钢;传动轴管;辊形设计;数值模拟;边缘控制
摘要：	汽车传动轴管是传动系统的重要零部件，大型商用汽车的传动轴管一般采用屈服强度为480MPa的普通钢材制造，为满足力学性能要求，传动轴管壁厚较大，影响汽车轻量化。采用高强钢代替普通钢材制造轴管具有力学性能好、节能减排、节材效果明显等优点，高强钢传动轴管一般采用辊弯成型、高频焊接等工艺制造，其中辊弯成型是最基本和重要的成型工艺，对后续焊接质量也具有重要影响。因此，研究高强钢汽车传动轴管辊弯成型技术具有重要的理论意义和应用价值。辊弯成型过程中板坯变形复杂，涉及材料非线性、几何非线性、接触非线性等问题。高强钢具有材料强度高、回弹大、塑性较差、焊接难等特点，其成型难度较普通钢大。影响高强钢辊弯成型的因素很多，包括辊形设计、工艺参数等，其中辊形设计与管坯变形过程密切相关，对管坯成型质量具有重要影响。因此，研究高强钢辊弯成型中辊形设计方法和管坯变形规律，揭示高强钢成型中辊形与成型质量之间的关系，对于控制管坯回弹变形、管坯边缘状态、管坯成型质量和后续焊接效果具有十分重要的意义。　　本文主要研究了高强钢轴管辊弯成型中的辊形设计、管坯整体变形行为及边缘成型规律。以Φ120×4mm传动轴管为研究对象，材料为700QZ高强钢，基于ABAQUS模拟软件，研究了适合高强钢轴管辊弯成型的建模方法，通过采用合理的轧辊简化手段和成型过程参数设置，建立了辊弯成型过程有限元数值模拟模型，并通过实验对板坯截面形状、开口度和纵向深度进行了对比和验证。以Φ134×4mm高强钢轴管为研究对象，采用普通双半径法对辊弯成型中的轧辊进行了辊形设计，揭示了成型中的板坯变形规律、应力应变分布特点及成型中存在的应力应变过大和板坯干涉等问题，分析并提出了第一次辊形优化设计方案，改进了辊缝、立辊和闭口辊的设计;针对第一次优化方法不能解决成型中存在的立辊组应力集中、变形分配不合理问题，在第二次优化方法中研究了W辊形设计并应用于高强钢轴管成型，建立了双W辊与双半径辊组合成型系统，改善了成型过程中变形分配和立辊组应力集中问题。　　针对高强钢成型困难和普通双半径成型中应力应变分布不均、立辊组应力集中等问题，本文提出了一种三半径辊形设计新方法，以Φ134×4mm高强钢轴管为例，对成型轧辊进行了详细的辊型设计，系统分析了成型中应力应变大小及分布的均匀性、板坯截面厚度变化规律、立辊组应力分布，并与普通双半径法的成型结果进行了对比，研究表明，三半径成型法在实现高强钢板坯变形均匀和改善立辊组应力集中等方面具有明显优势。研究了单道次W、双道次W在三半径成型法中的应用，系统分析了双W组合辊对应力应变分布及立辊组区域应力状态的影响，为高强钢传动轴管辊形设计提供了新的思路。针对立辊组应力集中问题，分析了普通双半径、双W双半径、三半径成型法在立辊组成型道次中的变形量，揭示了板坯变形分配与区域应力集中间的关系。　　研究了辊弯成型过程中实现边缘平行对接和边缘变形控制的基本方法，分析和对比了边缘变形辊和W成型辊对板坯边缘受力状态的影响，研究了双W组合辊中实体板坯内外壁的应变分布，提出了衡量板坯内外壁变形的相对变形量概念，并对不同成型辊下的内外壁相对变形量进行了对比，总结了不同初始成型辊对边缘平行对接的影响;分析了单半径和双半径立辊对板坯的接触和受力状态，针对双半径和三半径立辊设计提出了避免应力集中和回弹控制的设计方法;分析了普通单半径闭口辊对边缘控制的不足，提出了考虑板坯伸长、实现边缘控制的双半径闭口辊形设计方法，为辊弯成型中边缘控制提供了参考思路。
作者：	翟镇
专业：	材料加工工程
导师：	赵国群;程仁策
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文