摘 要

汽车轴承的轧制过程，目前使用最多的工艺就是立式热轧环工艺。环件的轴径向轧制成形通过驱动辊及芯辊对环件厚度的高度的局部持续压力下使得环件半径不断长大直到设计满足要求的成型工艺。环件轧制过程中，导向辊作用主要是保证环件的平稳轧制，获得良好的圆度。为了能够找到导向辊的优化位置，从理论分析做起，利用结构力学的弹性中心法进行分析，建立立式热轧环力学模型。接下来使用MATLAB软件对结果进行分析，运用相关知识寻找导向辊的运动轨迹。然后利用比例关系，平均取点，找到导向辊的不同位置，最后使用ABAQUS软件进行有限元仿真，利用ABAQUS软件的强大功能，得到仿真结果。最后在AUTOCAD中将圆度小于相关要求的点绘制在一起，形成一个优化区域。并得到相关图像的规律。

关键词：有限元仿真 轧环 弯矩 圆度 导向辊

Abstract

At present, the most widely used process of automobile bearing is vertical hot rolling ring technology. Axial radial rolling of ring parts is formed by driving roller and core roller to make the radius of the ring to grow up until the design meets the requirement. In the rolling process of ring parts, the guide roller is the main part to ensure the smooth rolling of the ring, and get a good roundness. In order to find the optimal position of the guide roller, from the theoretical analysis, the mechanical model of vertical hot rolling ring was established by using the elastic center method of structural mechanics. Then use MATLAB software to analyze the results, get the relevant angle range, looking for the direction of the movement of the roller track. Then use the proportion of the relationship, the average point of access, to find the different position of the guide roller, and finally use the ABAQUS software to carry out a project,the ABAQUS software, with the powerful function to get the simulation results. Finally, in the AUTOCAD will be smaller than the relevant requirements of the points drawn together to form an optimized area. And get the law of related images.

Key words：Finite element simulation Ring rolling Bending moment Roundness Guide roller

目 录

第1章 前言 1

1.1轧制成形技术简介 1

1.2导向辊简述 2

1.2.1导向辊在轧环过程中的作用 2

1.2.2导向辊控制方式 2

1.2.3导向辊研究现状 3

1.3课题意义 4

1.4课题研究思路 4

第2章 受导向辊压力情况下环件内力模型 5

2.1结构力学相关知识介绍 5

2.1.1超静定结构简介 5

2.1.2力法简介 5

2.1.3弹性中心法简介 5

2.2静力学分析求解环件内力 7

2.2.1立式热轧环力学模型建立 7

2.2.2轧制力的计算方式 8

2.3弹性中心法求解导向辊角度及轧制力的关系 9

2.3.1力学模型建立 9

2.3.2弹性中心法求解过程 10

2.4 MATLAB求解最大弯矩与导向辊位置角的关系 12

2.4.1 MATLAB2014a软件简介 12

2.4.2使用MATLAB建立弯矩模型 13

2.4.3MATLAB软件编程 13

2.4.4MATLAB软件运行结果分析 15

2.5本章总结 23

第3章 不同导向辊位置下有限元建模仿真 24

3.1导向辊位置确定 24

3.1.1导向辊位置确定方法 24

3.1.2AUTCAD2016软件简介 24

3.1.3简单轧环模型的建立 25

3.2ABAQUS软件仿真模拟 27

3.2.1ABAQUS软件简介 27

3.2.2建模过程 27

3.2.3仿真过程 30

3.3仿真结果分析 33

3.4本章总结 41

第4章 导向辊固定位置范围和方法的实验验证 42

4.1轧环设备简介 42

4.2实验设备 42

4.3 轧环实验方案设计 43

4.4实验结果分析 44

第5章 总结 46

参考文献 48

致谢 50

第1章 前言

1.1轧制成形技术简介

环件的轴径向轧制成形通过驱动辊以及芯辊对环件厚度和高度的局部连续压力下使得环件半径不停长大直到达到设计要求的成型工艺。这种工艺方法对付加工设备（轧环机）吨位要求与锻造工艺方法要小很多，并且目前环件轧制成形的质量，原料利用率和生产率都很成熟，目前已经成为出产大型环件的最佳加工方式。轧环的过程主要其实是使环形毛坯工件由电机作用驱动辊和芯辊形成的空隙，在芯辊和驱动辊的联合使用下（接触的地方实际是有一段弧形），环件在做旋转运动的同时产生径向运动，并产生塑性变形，实现轧环成形。

立式热轧环机是生产的主要设备的中小型轧环的作品，形成了广泛的轧环尺寸的（可以生产φ40mm的〜Φ1000mm环），获得了汽车，火车，石油管道，航空航天等行业广泛的应用。其原理是：在高温下驱动转子环坯放置在芯轴，驱动力是由电机驱动产生的，同时做旋转和进给运动的转动运动，芯辊是从动辊，做运动和导向辊测量辊被可旋转地驱动的辊。下的驱动辊的作用，以产生通过局部塑性变形开槽驱动辊和一个滚动辊芯的组成，从而使所述环部件的壁厚减小，扩大直径，横截面轮廓形状的连续的环。当环到达一设置大小，外圈表面与测量辊接触时，驱动辊的线性驱动运动被停止并且返回，停止滚动环轧处理^[1]。立式热轧环原理如图1.1所示。