連續(xù)螺旋葉片成形過程模擬與參數(shù)優(yōu)化

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1、連續(xù)螺旋葉片成形過程模擬與參數(shù)優(yōu)化劉會霞范曉波王霄（江蘇大學(xué)數(shù)字化制造技術(shù)研究所212013）摘要：通過對連續(xù)螺旋葉片錐輥異面輾軋成形的過程的分析，從理論上討論了四種參數(shù)喂料高度H、壓力參量S1、平動參數(shù)S2、摩擦系數(shù)μs對螺旋葉片形態(tài)的影響規(guī)律。建立有限元模型，模擬了葉片成形過程并生成四參數(shù)的與螺徑螺距變化圖表，與理論預(yù)測較為一致。從而總結(jié)成形規(guī)律，直接指導(dǎo)實際生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：連續(xù)螺旋葉片軋制模擬中圖分類號：TF124.3Abstract：ByTheanalysisoftaper-rollingprocessofend

2、lessspirals,theeffectonrollingprocessofparameterssuchasfeedingaltitudeH,pressureparameterS1,translationslipS2,coefficientoffrictionμswasdiscussedtheoretically.TherollingprocesswassimulatedbyFEAsoftwareandfourchartswasobtainedontherelationshipbetweenH,S1,S2,μsand

3、spiraldiameterD,spiraldistanceT.Theresultswereconsistentwiththepredictedones.Sothelawobtainedcanbeusedinguidingtaper-rollingprocess.Keywords:endlessspirals;rolling;simulation1引言螺旋葉片系指用薄鋼板或鋼帶制成的連續(xù)多圈螺旋狀零件，它是螺旋輸送機上的核心部件（如圖1，在農(nóng)機、化工、建材、礦山、糧食和食品等各個部門擔(dān)當輸送粉狀及顆粒狀物料的角色。其成

4、形工藝很多，但錐輥異面冷軋成形卻是目前世界上最先進的工藝方法。其特點是：在一臺軋機上，不需要更換軋輥或增加模具，只要對調(diào)整參數(shù)作適當?shù)恼{(diào)整，便可得到不同性質(zhì)、不同尺寸的葉片。這些調(diào)整參數(shù)控制著變形區(qū)及其參數(shù).從而控制著軋件的變形。然而，由于輾軋過程復(fù)雜，影響變形的參數(shù)較多，使軋機參數(shù)調(diào)整困難。基于此，本文在現(xiàn)在錐輥輾軋理論的基礎(chǔ)上，先進行影響參數(shù)的理論分析，再通過有限元軟件進行軋制過程模擬，得出軋制參數(shù)于葉片成形的內(nèi)在規(guī)律，為實際輾軋過程參數(shù)的調(diào)整提供參考依據(jù)。圖1螺旋葉片2螺旋葉片錐輥異面輾軋機理導(dǎo)向槽左軋輥變形區(qū)右

5、軋輥圖2面內(nèi)彎曲示意圖圖3滾彎成距示意圖作者簡介：劉會霞（1964－），女，陜西戶縣人，江蘇大學(xué)機械工程學(xué)院教授范曉波（1977－），男，江蘇常州人，江蘇大學(xué)機械工程學(xué)院碩士研究生210王霄(1964－),男，陜西武功人，江蘇大學(xué)機械工程學(xué)院副教授2.1螺旋葉片的成形機理螺旋葉片輾軋變形區(qū)是由兩軋輥控制的。在兩軋輥控制的變形區(qū)內(nèi)，軋件經(jīng)歷復(fù)合變形。其一是受到板厚方向上的不均勻壓縮，產(chǎn)生縱向的不均勻伸長，形成圓環(huán)的變形，這里假定為平面變形（如圖2所示)；其二是軋件受到滾彎產(chǎn)生彎曲形成螺距的變形（如圖3所示)，這就是螺旋葉

6、片軋成形機理。軋件之所以受到不均勻壓縮是由于輥縫呈楔狀，是不均勻單調(diào)變化的；軋件之所以受到滾彎，是因為兩軋輥沿導(dǎo)向方向的相對的錯位。有關(guān)輥縫的參數(shù)將在以后的章節(jié)中相繼進行討論，控制與調(diào)整好兩軋輥形成的變形區(qū)參數(shù)才能實現(xiàn)該工藝。2.2螺旋葉片形態(tài)的數(shù)學(xué)模型螺旋葉片的形態(tài)當軋制帶料寬度b0,帶料厚度t0確定后，軋制后形態(tài)由螺徑D,螺距T決定。根據(jù)文獻[1]，螺徑D，螺距T的數(shù)學(xué)表達式分別為：2ta2t1z0D=2R=＋2az=az(1)t-tt-t0101n2tiai從統(tǒng)計學(xué)角度則有：D=2az＋∑(2)ni=1t0?ti

7、T=2πRtanαi(3)αi——輥縫i處的切線方向n2π從統(tǒng)計分析角度則有：T=∑ρitanαi(4)ni=1az——受軋區(qū)寬度ρi——i處對應(yīng)圓環(huán)半徑t0——葉片受軋區(qū)內(nèi)緣板厚t1——葉片受軋區(qū)外緣板厚圖4軋件厚度變化及受軋區(qū)示意2.3影響葉片參數(shù)影響規(guī)律的理論分析1．喂料高度H對D,T的影響當帶料往小端調(diào)整時，H減小，并有az減小，根據(jù)式（1）知，D減小，αi增大，T可能增大可能減小；帶料往大端調(diào)整時，H增大，螺徑D增大，螺距T增減不定。2.軋輥壓力參量S1對D,T的影響由文獻可知，S1是反映了軋輥對軋件的壓力的

8、參量，當S1增大即s減小時，?t增大，由[2][3]1知，壓力p增大，由式（1）可知螺徑D減小，再由式（3）得，S1增大，D減小，螺距T減小；當S1減小即s增大時，同理螺徑D螺距T同時增大。13．相對平動量S2對D,T的影響當相對平動量S2增大，螺徑D減小，而α增大，則螺距T可能增大可能減小。1當相對平動量S2減小，螺徑D增大，而