了得網工業技術_高性能大鍛件控形控性理論及應用

內容簡介

制造大鍛件的關鍵是要解決成形成性問題，鍛造操作機的運動功能設計要滿足鍛造工藝的要求，而材料高溫變形中缺陷與組織演化的定量分析是制定大鍛件控形控性工藝的基礎，也是目前大鍛件研究與生產中薄弱的環節。本書圍繞大鍛件控形控性研究展開論述，主要內容包括：鍛件材料的高溫流變規律與再結晶行為及其數學建模方法；橢圓柱形（含圓柱形）空洞演變的代模型的建立與求解方法；遠場應力條件下空洞演變規律；采用空洞形狀估計參數預測橢球形（含球形）空洞形狀繫數的方法和空洞在撥長過程中的演變規律；材料高溫變形過程中損傷的演變規律及其數學表征；矩形截面類鍛件的撥長形變規律與預測方法及鍛件內部應力應變場分析；鍛造操作機-壓機聯動軌跡的規劃方法與評價以及聯動軌跡規劃軟件的開發與工程應用。

本書可供從事材料加工、金屬塑性成形專業的高等院校教師、研究生和科研人員等閱讀和參考，也可供從事塑性加工行業的工程技術人員參考。

前言
第1章緒論
1.1 大鍛件的迫切需求與特點
1.2 大鍛件的鍛造工藝
1.2.1 鐓粗
1.2.2 撥長
1.3 自由鍛造設備的發展現狀
1.4 大鍛件成形工藝的發展趨勢
1.5 本書研究的主要內容
1.6 本章小結
參考文獻
第2章材料高溫流變特性與本構模型
2.1 引言
2.2 材料高溫流變特性前言
第1章緒論
1.1 大鍛件的迫切需求與特點
1.2 大鍛件的鍛造工藝
1.2.1 鐓粗
1.2.2 撥長
1.3 自由鍛造設備的發展現狀
1.4 大鍛件成形工藝的發展趨勢
1.5 本書研究的主要內容
1.6 本章小結
參考文獻
第2章材料高溫流變特性與本構模型
2.1 引言
2.2 材料高溫流變特性
2.2.1 材料高溫流變行為
2.2.2 材料高溫流變應力的影響因素
2.3 高溫流變本構模型
2.3.1 宏觀唯像學模型
2.3.2 微觀機理模型
2.3.3 人工神經網絡模型
2.4 本章小結
參考文獻
第3章熱加工中的再結晶現像及數學建模
3.1 引言
3.2 再結晶現像與晶粒長大行為
3.2.1 動態再結晶現像
3.2.2 靜態再結晶現像
3.2.3 亞動態再結晶現像
3.2.4 晶粒長大行為
3.3 典型鍛件材料的再結晶現像與晶粒長大行為
3.3.1 熱模擬實驗
3.3.2 42CrMo鋼動態再結晶現像
3.3.3 42CrMo鋼靜態再結晶現像
3.3.4 42CrMo鋼亞動態再結晶現像
3.3.5 42CrMo鋼的晶粒長大行為
3.4 本章小結
參考文獻
第4章基於細觀損傷力學的鍛件內部空洞缺陷演變規律
4.1 引言
4.2 大鑄錠內部空洞缺陷的研究現狀
4.2.1 物理模擬
4.2.2 數值模擬
4.2.3 解析分析
4.2.4 閉合條件
4.3 基於細觀損傷力學的鍛件內部空洞缺陷演變模型
4.3.1 代模型
4.3.2 線黏性基體材料
4.3.3 非線黏性基體材料
4.3.4 空洞演變計算結果分析
4.3.5 代模型計算結果的驗證
4.4 本章小結
參考文獻
第5章鍛件內部空洞演變數值模擬與實驗驗證
5.1 引言
5.2 熱力耦合模型
5.2.1基本理論
5.2.2模型的建立
5.3 空洞演變的影響因素
5.3.1 空洞大小的影響
5.3.2 空洞形狀的影響
5.3.3 空洞位置的影響
5.4 空洞形狀繫數預測模型
5.4.1 空洞形狀估計參數的提出
5.4.2 空洞形狀估計參數的驗證
5.4.3 空洞形狀繫數的預測模型
5.5 撥長工藝參數對空洞估計參數的影響
5.5.1模型的建立
5.5.2 壓下率的影響
5.5.3 砧寬比的影響
5.5.4 料寬比的影響
5.5.5 摩擦因數的影響
5.6模型的實驗驗證
5.6.1 空洞的鍛合實驗
5.6.2結果的實驗驗證
5.7 本章小結
參考文獻
第6章熱加工中鍛件的損傷演化規律
6.1 引言
6.2 損傷現像及理論研究
6.2.1 鍛件高溫成形過程中的開裂現像
6.2.2 損傷理論
6.2.3 材料的韌性斷裂
6.2.4 韌性斷裂的外部影響因素
6.2.5 常用的韌性斷裂準則
6.2.6 斷裂準則中材料常數的確定
6.2.7 韌性斷裂的國內外研究現狀
6.3 典型鍛件材料的損傷開裂模型
6.3.1 材料的高溫拉伸實驗
6.3.2 高溫拉伸特性分析
6.3.3 材料流變應力曲線的確定
6.3.4 韌性開裂損傷模型的建立
6.4 典型鍛件材料鍛壓過程中的損傷開裂研究
6.4.1 鍛壓實驗
6.4.2數值模擬
6.4.3 實驗結果數值模擬結果的比較
6.5 本章小結
參考文獻
第7章大鍛件撥長過程中的形變規律及預測
7.1 引言
7.2 寬展理論的研究現狀
7.3 矩形截面類鍛件撥長過程的形狀變化規律
7.3.1 剛黏塑模型的建立
7.3.2 鍛件單工步撥長的形變規律
7.3.3 矩形截面類鍛件撥長形變的預測模型
7.4數值模擬結果的實驗驗證
7.4.1 矩形截面類鍛件的撥長實驗
7.4.2 矩形截面類鍛件撥長形變預測模型的實驗驗證
7.4.3 矩形截面類鍛件單工步撥長過程的實驗驗證
7.4.4 矩形截面類鍛件一道次撥長過程的實驗驗證
7.5 本章小結
參考文獻
第8章大鍛件撥長過程中的應力應變場
8.1 引言
8.2模型的建立與模擬方案
8.3 大鍛件撥長過程中的應力場分析
8.3.1 工藝參數對軸向應力的影響規律
8.3.2 工藝參數對橫向應力的影響規律
8.3.3 拉-壓應力轉變的臨界壓下率
8.4 大鍛件撥長過程中的應變場分析
8.4.1 壓下率對大鍛件心部等效應變的影響規律
8.4.2 砧寬比對大鍛件心部等效應變的影響規律
8.4.3 料寬比對大鍛件心部等效應變的影響規律
8.4.4 剪切摩擦對大鍛件心部等效應變的影響規律
8.5 本章小結
參考文獻
第9章鍛造操作機-壓機聯動軌跡的規劃
9.1 引言
9.2 操作機-壓機聯動軌跡規劃的目標與思路
9.2.1 操作機-壓機聯動軌跡規劃的目標
9.2.2 操作機-壓機聯動軌跡規劃的思路
9.3 鍛造工藝方案的設計
9.3.1 平砧撥長大鍛件的形狀預測
9.3.2 工藝設計流程
9.4 鍛造操作機-壓機聯動軌跡的規劃方法
9.4.1 鍛造操作機-壓機聯動軌跡類型
9.4.2 規劃流程
9.5 鍛造操作機-壓機聯動軌跡的評價
9.5.1 應變評價模塊
9.5.2 微觀組織演變評價模塊
9.5.3 空洞缺陷閉合評價模塊
9.6 本章小結
參考文獻
第10章鍛造操作機-壓機聯動軌跡規劃軟件介紹
10.1 引言
10.2 聯動軌跡規劃軟件的整體介紹
10.3 鍛造工藝方案設計模塊
10.3.1 輸入道次鍛造工藝信息
10.3.2 查看道次工藝方案
10.3.3 增加一個道次的鍛造方案
10.3.4 查看設計的鍛造工藝方案
10.3.5 壓下率的計算
10.4 鍛造操作機-壓機聯動軌跡規劃模塊
10.4.1 輸入鍛造操作機與壓機的技術參數
10.4.2 規劃鍛造操作機-壓機的聯動軌跡
10.4.3 查看鍛造操作機-壓機聯動軌跡
10.4.4 輸出鍛造操作機-壓機聯動軌跡
10.5 鍛造操作機-壓機聯動軌跡評價模塊
10.5.1 應變預測模塊
10.5.2 缺陷演化預測模塊
10.5.3 微觀組織預測模塊
10.6 軟件的工程應用實例
10.6.1 工藝方案設計與操作機-壓機聯動軌跡的規劃
10.6.2 鍛造操作機與壓機聯動軌跡的合理性評價
10.7 本章小結
參考文獻
第11章總結與展望
11.1 總結
11.2 展望

在線試讀

第1章緒論

1.1大鍛件的迫切需求與特點

大鍛件是核能、電力、石油、化工、冶金、造船、航空航天和國防軍工等領域大型成套設備的核心零部件。大鍛件的制造作為一個國家大型成套設備制造的基礎，在國民經濟建設、國防裝備發展和現代尖端學科技術的建設中，起著非常重要的作用。大鍛件的制造能力反映了一個國家在國民經濟和國防軍事等高端領域的綜合實力，是我國大型裝備制造的瓶頸［1 ～ 3］。

發展清潔能源，核能承擔著主力作用。根據我國《核電中長期發展規劃（2005～2020年）》和目前發展速度，預計我國核電裝機容量在2015年將達到4000萬kW，在2020年將超過8000萬kW，這意味著我國核電建設即將步入新的建設高潮。同時，日本核洩漏事故的發生，促使世界各國更加重視核電站的安全性。因此，核電安全高效發展對新一代核電大鍛件的制造水平和服役性能提出了更高的要求。預計今後平均每年需新增核電機組6～8臺或以上。按照每套百萬千瓦核電機組至少需要1臺反應堆壓力容器計算，每年需要反應堆壓力容器6～8個。制造一個反應堆壓力容器約需要3000t鑄鍛件，2012年後我國每年需要2萬～3萬t核電設備鍛件，成品收得率按照50%計算，年均需核電設備毛坯鍛件約5萬t。核電設備用鑄鍛件的成本占整個核電站總成本的36%，例如一座百萬千瓦雙堆核電站，核島一回路的鑄鍛件毛坯價值約，對應鑄鍛件價值金額為70億～人民幣。大鍛件是核電站中核島和常規島主設備的關鍵原材料。在百萬千瓦級核電機組中，無論是二代加，還是三代AP1000與EPR，都含有大量超重超大、形狀復雜、質量要求高、制造困難和成本極高的整體鍛件。圖1．1所示為某型號反應堆壓力容器筒體，由法蘭接管段、堆芯段筒體、底封頭過渡段和底封頭組成，堆芯內徑為4m，殼體高10m、重300t左右。圖1.2所示為形狀復雜的AP1000壓力容器整體頂蓋，需要整體鍛造，其技術難度很大。目前，國產大型復雜整體核電鍛件質量不穩定，無法滿足國家發展核電事業的需求，因此迫切需要開展新一代核電高性能大鍛件制造的基礎研究。

此外，大鍛件在石油化工設備中也有著廣泛的應用。如對焊法蘭催化裂化反應器的整鍛筒體（壓力容器），加氫反應器所用的筒節，化工設備所需的頂蓋、底蓋、封頭等均為大鍛件；火力發電設備的汽輪發電機轉子和護環，以及汽輪機中的葉

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