摘 要

铝合金锥筒件是航天航空的重要结构件，它主要运用于航天器卫星结构的承力部件和外壳、载人飞船结构以及运载火箭的整流罩等部分，其结构和性能对航天航空的安全可靠、稳定运行和服役寿命都至关重要。

本文通过计算得到铝合金锥筒件轧制工艺理论参数，并通过应用abaques软件建立起2A14铝合金锥筒件轧制三维有限元模型，分别对不同轧制比和不同进给方案下的轧制进行模拟，通过比较成形环件的尺寸误差、变形均匀性以及对轧辊轧制力以及轧制力矩等，综合分析得到其中最优方案，分析得到上述成形环件出现缺陷的原因为毛坯金属在轴向分布不合理，并根据出现缺陷的原因,改变毛坯结构，具体来说，就是增大毛坯小端壁厚，减小毛坯大端壁厚，进一步优化方案，再次通过abaques软件模拟，并综合比较成形环件的尺寸误差、变形均匀性以及对轧辊轧制力以及轧制力矩等，得到尺寸及形状误差较小，应变波动稍大，轧制力较小的成形环件，证明优化方案可行。

关键词：铝合金锥筒环件；环件轧制；尺寸误差；变形均匀性；轧制力

Abstract

Aluminum alloy cone is an important structural member of aerospace, which is mainly used in the spacecraft bearing structure and shell, manned spacecraft structure and carrier rocket fairing and other parts, thus its structure and performance are essential to the safety of space Reliable, stable operation and service life.

In this paper, The theoretical parameters of the rolling process of aluminum alloy cone are obtained by calculation,the three-dimensional finite element model of aluminum alloy cone was established by using abaques software, and the rolling under different rolling ratio and different feeding scheme was simulated respectively.By comparing the dimensional error. the uniformity of the deformation and the rolling force and the rolling moment of the forming ring,the optimal scheme is obtained.Analyzed the reason of the defect of the forming ring,and the optimization scheme is further optimized according to the reason of the defect,Specifically, is to increase thickness of the small end, reduce thickness in the big end , and further optimize the program,and the simulation, results by abaques software show that the optimization scheme is feasible by comparing the size error, deformation uniformity and rolling force.

Key words:aluminum alloy tapered cylindrical;ring rolling;size error; deformation uniformity; rolling force

目 录

第1章 绪论 1

1.1目的及意义（含国内外的研究现状分析） 1

1.2基本内容 3

1.2.1锻件设计 3

1.2.2毛坯设计 3

1.2.3轧辊设计 3

1.2.4进给速度设计 3

1.2.5 优化方案 4

第2 章 工艺参数理论计算 5

2.1锻件设计 5

2.2毛坯设计 5

2.2.1根据环件小端内孔直径设计毛坯 5

2.2.2根据轧制比设计环件毛坯尺寸 6

2.3轧辊设计 7

2.4进给方案设计 7

2.4.1阶梯状方案 8

2.4.2环件毛坯外径增长速度恒定方案 10

2.5导向辊圆心运动轨迹 12

2.6轧制过程中的轧制力与轧制力矩计算 13

2.6.1轧制过程中的轧制力计算 13

2.6.2轧制过程中的轧制力矩计算 13

第3章 有限元分析模拟及分析 15

3.1有限元模型的建立 15

3.2有限元模拟结果与分析 17

3.2.1环件形状、尺寸误差分析 17

3.2.2环件应变分布分析 19

3.2.3环件轧制过程的轧制力及轧制力矩分析 21

第4章 方案优化及分析 27

4.1优化方案设计 27

4.2优化结果分析 28

4.2.1环件形状、尺寸误差分析 28

4.2.2环件应变分布分析 28

4.2.3环件轧制过程的轧制力及轧制力矩分析 29

第5章 结论与展望 31

5.1 结论 31

5.2 展望 31

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

1.1目的及意义（含国内外的研究现状分析）

铝合金具有较高的强度、良好的成型性能和焊接性能，使其成为工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车等各种领域中已大量应用。我国已经成为铝加工成形和铝轧制的大国，却不是强国，从综合水平来看，与国际先进水平尚有一定距离^[1]。

铝合金锥筒件是航天航空的重要结构件，它主要运用于航天器卫星结构的承力部件和外壳、载人飞船结构以及运载火箭的整流罩等部分。它作为卫星结构外壳时，需要维持外形；作为卫星结构的承力部件时，与运载火箭直接相连接，承受着发射过程中的推力和弯矩，因而需要较大的强度和刚度；作为整流罩，用于保护卫星及其它有效载荷。总之，铝合金锥筒件的结构和性能对航天航空的安全可靠、稳定运行和服役寿命都至关重要。

本次课题研究的锥筒件的材料为2A14铝合金^[2]，该材料的锻造温度范围较小、热加工时应变速度小，热压加工成形困难。并且锥筒件与矩形截面环件相比，具有一些结构上的差别，如图1所示，锥筒件的内外表面都具有一定的锥度，环件的高径比一般大于1，高径比较大，而且一般希望做出来的产品具有较薄的壁厚。该类环件主要的传统加工方法为通过锻造得到矩形截面环件，再经过切削加工出锥筒件。这种生产制造工艺存在诸多缺点，如使环件生产周期长、环件的组织性能差、材料利用率低，故本次设计拟采用环件径向轧制。