空心列车轴多楔同步轧制形性控制理论与实验研究

作者:郑书华 刊名: 上传者:张建娟

【摘要】随着交通运输业的飞速发展,铁路在我国交通运输体系中骨干作用愈加突出。高速重载是高速运输中长期追求的目标,解决这一问题的关键是构件的轻量化。空心列车轴是轻量化中的重要一环,不仅能满足车轴的强度要求,而且还能减小列车的簧下重量,提高动车组运行的平稳性和安全性。所以高速列车轴普遍采用空心车轴。现阶段空心列车轴成形方法主要是采用空心毛坯精锻成形,成本高、材料利用率为65%-73%,其核心技术主要为日本、德国、法国等发达国家所掌握。目前我国高速列车空心列车轴主要依赖进口,在一定程度上阻碍了我国高铁高端装备制造业的发展。楔横轧多楔同步轧制工艺具有显著节省模具辊面,降低设备本体尺寸等优点,是成形大型长轴类零件的最佳工艺,研究用该工艺成形高速列车空心列车轴,对于促进我国高铁装备制造业的发展具有重要的理论意义和工程价值。论文以25CrMo4材料的空心列车轴为研究对象,通过Gleeble-3500热模拟实验,对低合金调质钢25CrMo4的高温力学行为、动态组织变化进行了研究和分析,由金相分析数据回归得出了25CrMo4高温流变本构模型、动态再结晶动力学模型以及动态再结晶晶粒的尺寸模型,理论预测模型与实验结果比较表明,所建模型能够准确反映25CrMo4合金钢在轧制变形中的流动特征。通过建立多楔同步轧制空心列车轴的力学模型,由旋转条件、轧件的压扁条件,推导出了多楔同步轧制空心列车轴的稳定轧制条件,获得了确定空心列车轴楔横轧压扁失稳的准则;将获得25CrMo4材料本构模型导入Deform软件,建立了金属成形过程中热、应力和组织相互耦合的刚塑性有限元模型,进行多楔同步轧制空心列车轴的数值模拟,得到了其成形过程中各部分应力、应变、温度和组织场的分布和变化规律,阐明了多楔同步轧制空心列车轴的变形机理;分析了不同工艺参数对椭圆度、壁厚均匀性的影响,阐明了多楔同步轧制空心列车轴无椭圆和壁厚均匀性规律和保证壁厚均匀性的工艺参数的确定原则;分析了轧件晶粒大小、分布与工艺参数的关联,阐明了空心列车轴的微观组织演变规律。在H630楔横轧机上轧制出1:5空心列车轴,实验结果与理论结果较吻合,进一步验证了本文结果的可靠性。本文研究结果为实现高速列车空心列车轴楔横轧多楔同步轧制精密成形与国产化奠定理论基础。

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宁波大学 博士 2018 TG335.19 空心列车轴多楔同步轧制形性控制理论与实验研究 Study on Forming and Performance Theory and Experiment of Railway Hollow Shafts in Multi-wegde Synchrostep Cross Wedge Rolling 郑书华 束学道;彭文飞 工程力学 随着交通运输业的飞速发展,铁路在我国交通运输体系中骨干作用愈加突出。高速重载是高速运输中长期追求的目标,解决这一问题的关键是构件的轻量化。空心列车轴是轻量化中的重要一环,不仅能满足车轴的强度要求,而且还能减小列车的簧下重量,提高动车组运行的平稳性和安全性。所以高速列车轴普遍采用空心车轴。现阶段空心列车轴成形方法主要是采用空心毛坯精锻成形,成本高、材料利用率为65%-73%,其核心技术主要为日本、德国、法国等发达国家所掌握。目前我国高速列车空心列车轴主要依赖进口,在一定程度上阻碍了我国高铁高端装备制造业的发展。楔横轧多楔同步轧制工艺具有显著节省模具辊面,降低设备本体尺寸等优点,是成形大型长轴类零件的最佳工艺,研究用该工艺成形高速列车空心列车轴,对于促进我国高铁装备制造业的发展具有重要的理论意义和工程价值。论文以25CrMo4材料的空心列车轴为研究对象,通过Gleeble-3500热模拟实验,对低合金调质钢25CrMo4的高温力学行为、动态组织变化进行了研究和分析,由金相分析数据回归得出了25CrMo4高温流变本构模型、动态再结晶动力学模型以及动态再结晶晶粒的尺寸模型,理论预测模型与实验结果比较表明,所建模型能够准确反映25CrMo4合金钢在轧制变形中的流动特征。通过建立多楔同步轧制空心列车轴的力学模型,由旋转条件、轧件的压扁条件,推导出了多楔同步轧制空心列车轴的稳定轧制条件,获得了确定空心列车轴楔横轧压扁失稳的准则;将获得25CrMo4材料本构模型导入Deform软件,建立了金属成形过程中热、应力和组织相互耦合的刚塑性有限元模型,进行多楔同步轧制空心列车轴的数值模拟,得到了其成形过程中各部分应力、应变、温度和组织场的分布和变化规律,阐明了多楔同步轧制空心列车轴的变形机理;分析了不同工艺参数对椭圆度、壁厚均匀性的影响,阐明了多楔同步轧制空心列车轴无椭圆和壁厚均匀性规律和保证壁厚均匀性的工艺参数的确定原则;分析了轧件晶粒大小、分布与工艺参数的关联,阐明了空心列车轴的微观组织演变规律。在H630楔横轧机上轧制出1:5空心列车轴,实验结果与理论结果较吻合,进一步验证了本文结果的可靠性。本文研究结果为实现高速列车空心列车轴楔横轧多楔同步轧制精密成形与国产化奠定理论基础。 Railway plays an increasingly important role in the rapid development of China's transportation industry that endeavors to design trains that are capable of bearing heavy loads with high speed.While the key to realize this goal lies in the lightweight structure of components.The hollow railway shaft can be assumed as a pivotal part in creating railway axle's ligh

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