本书为“材料先进成型与加工技术丛书”之一。精密辊锻技术是一种净形/近净形成形技术，可以成形出全部或部分达到产品最终形状和尺寸的锻件，在汽车前轴、铁路货车钩尾框等钢质大型长轴件生产中得到了广泛应用，取得了良好的效果。本书分7章介绍了钢质大型长轴件精密辊锻技术。第1章绪论，第2章汽车前轴辊锻过程中的金属流动与数值模拟，第3章汽车前轴精密辊锻试验研究、工业应用与持续优化，第4章重卡前轴近精密辊锻技术研发与应用，第5章铁路货车钩尾框精密辊锻技术研发与应用，第6章大型长轴件精密辊锻用1250mm辊锻机的研发与应用，第7章核电汽轮机用超大叶片精密辊锻技术的初步研究。
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总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 辊锻的基本原理 1
1.2.1 辊锻工艺及其优点 1
1.2.2 辊锻变形区主要参数 3
1.2.3 金属在变形区内的流动规律 4
1.2.4 辊锻过程中的前滑 5
1.3 辊锻技术的国内外研究与应用 6
1.3.1 国外辊锻工艺的研究与应用 6
1.3.2 国内辊锻工艺的研究与应用 6
1.4 辊锻机的种类及特点 8
1.4.1 辊锻机的工作原理 8
1.4.2 辊锻机的分类 9
1.4.3 辊锻装备技术的引进吸收与国产化 10
1.4.4 辊锻装备技术的研究手段 13
1.5 辊锻力能参数的确定 14
1.5.1 辊锻力与辊锻力矩 14
1.5.2 辊锻力的计算方法 14
1.5.3 辊锻力矩的计算方法 17
1.6 辊锻模相关行业标准 17
1.6.1 回转成形模在用标准情况 17
1.6.2 《锻模 辊锻模 结构型式和尺寸》 17
1.6.3 《辊锻模 技术条件》 22
1.7 辊锻工艺应用实例：CR350A连杆制坯辊锻模设计 25
参考文献 29
第2章 汽车前轴辊锻过程中的金属流动与数值模拟 32
2.1 引言 32
2.2 国内外汽车前轴锻件生产技术状况 33
2.2.1 汽车前轴锻件的工艺特点 33
2.2.2 国外前轴锻件生产技术的发展 34
2.2.3 国内前轴锻件的几种典型生产工艺 36
2.3 具有纵向突变截面形状钢质大型长轴件的精密辊锻成形特点 38
2.3.1 长轴类精密辊锻件的形状特点和辊锻变形过程 38
2.3.2 纵向突变截面辊锻的基本方程 40
2.3.3 纵向突变截面锻件辊锻变形分析 41
2.3.4 前轴精密辊锻模锻工艺理论依据 43
2.4 精密辊锻过程中前壁和后壁成形与不均匀变形分析 45
2.4.1 纵向突变截面锻件前壁成形的种类 45
2.4.2 长轴类件精密辊锻的前壁部位 46
2.4.3 前轴精密辊锻成形过程前壁成形分析 46
2.4.4 纵向突变截面锻件后壁成形的种类 48
2.4.5 前轴精密辊锻件的后壁部位 48
2.4.6 前轴精密辊锻成形过程后壁成形分析 49
2.4.7 不均匀变形下辊锻件各部分之间的金属转移 51
2.4.8 不均匀变形对精密辊锻过程的稳定性的影响 53
2.5 汽车前轴精密辊锻孔型选择与工艺设计分析 54
2.5.1 前轴精密辊锻的关键技术与难点 54
2.5.2 前轴精密辊锻件的设计方法和过程 56
2.5.3 精密辊锻孔型系统的选择和延伸率的确定 58
2.5.4 典型锻件的特点与技术要求 61
2.5.5 热收缩率的选择和热锻件图的确定 61
2.5.6 毛坯直径与各道次延伸率的选择 63
2.5.7 精密辊锻件图设计 63
2.5.8 第3、2、1道辊锻件图设计 64
2.6 前轴辊锻模具与锻件啮合运动的几何分析与型槽确定 65
2.6.1 模具型槽曲面与锻件轮廓的共轭关系 65
2.6.2 共轭曲线方程的建立 66
2.6.3 锻件轮廓曲线为直线时的型槽轮廓曲线 67
2.6.4 锻件轮廓曲线为圆时的型槽轮廓曲线 68
2.6.5 锻件轮廓曲线为参数方程给出的任意曲线时型槽轮廓的确定 69
2.6.6 锻件轮廓曲线由三次样条拟合时的型槽轮廓 69
2.6.7 精密辊锻模具型槽的确定 70
2.7 前轴精密辊锻成形过程模拟条件 73
2.7.1 辊锻成形过程模拟技术的特点 73
2.7.2 精密辊锻模具的几何模型 75
2.8 精密辊锻变形过程模拟结果及讨论 77
2.8.1 辊锻变形过程金属流动规律分析 77
2.8.2 精密辊锻中的飞边形成与特点 80
2.8.3 精密辊锻过程中各道次力矩 82
2.8.4 第1道典型截面的应力、应变的分析 82
2.8.5 第2道增加约束前后的应力、应变的比较研究 86
2.8.6 第2道弹簧座部位不均匀变形引起的纵向弯曲 88
2.9 各道次辊锻力的分析和轴向分力的评估 90
2.9.1 辊锻力的模拟结果与分析 90
2.9.2 前轴精密辊锻的轴向力分析 92
参考文献 94
第3章 汽车前轴精密辊锻技术试验研究、工业应用与持续优化 96
3.1 引言 96
3.2 前轴辊锻成形试验条件和试验过程 97
3.2.1 试验用主要设备 97
3.2.2 加强型辊锻机的结构原理与技术特点 98
3.2.3 加强型1000mm自动辊锻机主要技术参数 99
3.2.4 辊锻机部分的主要配置 100
3.2.5 辊锻机械手的结构特点 102
3.2.6 辊锻机电气和液压部分的特点 104
3.2.7 试验用辊锻模具 104
3.2.8 试验过程 105
3.3 物理模拟试验与工艺试验过程中出现的问题与对策 106
3.3.1 物理模拟试验的目的 106
3.3.2 铅的物理性质及铅料的制作方法 107
3.3.3 用铅件代替热钢件进行模具调试的特点 108
3.3.4 前轴弹簧座部位的精密辊锻试验与调试 110
3.3.5 前轴工字梁部位的精密辊锻问题与对策 112
3.3.6 前轴精密辊锻过程的稳定性问题 113
3.3.7 前轴精密辊锻件长度控制 115
3.4 前轴精密辊锻试验件的尺寸和性能 115
3.4.1 尺寸检测 115
3.4.2 疲劳寿命试验结果 117
3.5 前轴精密辊锻技术的工业应用及效果 118
3.5.1 工艺流程的确定与设备选型 118
3.5.2 生产线的使用效果 120
3.5.3 经济效益分析 121
3.6 减少辊锻道次的技术可行性与工程实践 123
3.6.1 技术可行性 123
3.6.2 前轴3道次精密辊锻的工艺和模具设计 125
3.6.3 153前轴3道次精密辊锻过程中的问题与解决方法 128
3.7 在专用液压机上实现切边校正工艺复合化的实践 130
3.7.1 切边校正复合模结构与功能 130
3.7.2 切边热校正复合工艺专用设备 132
3.8 16 MN摩擦压力机前轴切边校正复合模架设计与应用 134
3.8.1 切边校正复合模架设计方案 134
3.8.2 切边校正复合模具介绍 135
3.8.3 切边校正工艺过程介绍 136
3.8.4 模具安装 136
3.8.5 主要技术特点及功能 137
3.8.6 现场应用情况介绍 137
参考文献 138
第4章 重卡前轴近精密辊锻技术研发与应用 139
4.1 引言 139
4.2 近精密辊锻技术的工艺方法与模具设计 140
4.2.1 近精密辊锻的工艺的提出 140
4.2.2 近精密辊锻的工艺特点与思路 141
4.2.3 近精密辊锻工艺设计方法 142
4.2.4 辊锻件图及特征孔型的设计 144
4.2.5 第1道辊锻件图及2道次辊锻模的设计 145
4.3 前轴2道次近精密辊锻工艺的模拟 147
4.3.1 前轴2道次近精密辊锻三维造型 147
4.3.2 第1道数值模拟结果与分析 147
4.3.3 第2道数值模拟结果与分析 147
4.4 重卡前轴近精密辊锻工艺试验 151
4.4.1 近精密辊锻工艺的试验条件及过程 151
4.4.2 出现的问题及解决方法 152
4.4.3 弯曲终锻中出现的问题及解决措施 155
4.5 近精密辊锻技术经济性分析 156
4.5.1 三种工艺方案的对比分析 156
4.5.2 近精密辊锻的节材效果 157
4.5.3 加热能耗与锻件质量对比分析 159
4.5.4 锤击次数、生产效率、机组人数和锻模寿命的对比 160
4.5.5 近精密辊锻工艺与精密辊锻工艺的对比 162
4.6 近精密辊锻工艺在大吨位螺旋压力机上的应用 163
4.6.1 工艺的流程、特点 163
4.6.2 工艺应用概况 163
4.7 热模锻压力机上采用近精密辊锻工艺生产前轴 165
4.7.1 工艺流程和生产线设备 165
4.7.2 加热设备和辊锻机 166
4.7.3 热模锻、切边、校正压力机 166
4.7.4 现场试验 166
4.8 快换模架及辅助装置设计与应用 167
4.8.1 快换模架及辅助装置基本结构 167
4.8.2 快换模具设计 168
4.8.3 快换模架设计 169
4.8.4 换模平台 169
4.8.5 自动夹紧机构 170
4.8.6 生产应用 171
参考文献 171
第5章 铁路货车钩尾框精密辊锻技术研发与应用 173
5.1 引言 173
5.2 研究开发背景 174
5.2.1 钩尾框材料工艺的发展 174
5.2.2 锻造钩尾框通用工艺技术方案 176
5.2.3 初期锻造钩尾框的生产工艺流程 177
5.3 钩尾框精密辊锻技术方案的确定 178
5.3.1 钩尾框锻件的特点 178
5.3.2 精密辊锻模锻复合成形技术方案的提出 178
5.3.3 基本原理和工艺难点 180
5.4 精密辊锻模具和模锻模具设计 181
5.4.1 各工序的温度变化和线膨胀系数 181
5.4.2 辊锻模具设计 182
5.4.3 模锻模具设计 188
5.5 17型钩尾框精密辊锻过程数值模拟与结果分析 189
5.5.1 第1道辊锻 189
5.5.2 第2道辊锻 190
5.5.3 第3道辊锻 193
5.5.4 第4道辊锻 196
5.6 钩尾框模锻过程数值模拟 202
5.6.1 预锻模拟结果 202
5.6.2 终锻模拟结果 202
5.6.3 弯曲模拟结果 204
5.7 工艺试验与工艺调试 205
5.7.1 试验准备 205
5.7.2 试验过程 206
5.7.3 试验结果与分析 207
5.7.4 第4道辊锻件弯曲分析与解决办法 211
5.8 生产应用情况 212
5.8.1 生产设备组成 212
5.8.2 工艺过程的合理性 213
5.8.3 工艺使用情况 215
5.8.4 产品质量 216
5.8.5 经济效益分析 218
5.9 带镦头工序的16型钩尾框精密辊锻试验研究 218
5.9.1 工艺方案的确定 218
5.9.2 工艺试制过程 220
5.9.3 试验结果与分析 223
参考文献 225
第6章 大型长轴件精密辊锻用1250mm辊锻机的研发与应用 227
6.1 引言 227
6.2 1250mm辊锻机主要结构与技术参数 227
6.3 1250mm辊锻机机架静力有限元分析 229
6.3.1 有限元方法用于设备力学分析技术现状 229
6.3.2 1250mm辊锻机机架强度、刚度分析计算条件 230
6.3.3 1250mm辊锻机机架应力分析 232
6.3.4 1250mm辊锻机机架刚度分析 236
6.4 1250mm辊锻机机架动态分析 241
6.4.1 动态分析技术现状 241
6.4.2 模态分析理论 242
6.4.3 模态分析结果 243
6.5 机架瞬态动力学分析 245
6.5.1 模拟条件 245
6.5.2 机架模型的建立 246
6.5.3 变形计算结果 247
6.6 1250mm辊锻机气动离合器、制动器动态特性分析 251
6.6.1 浮动镶块式气动摩擦离合器、制动器 251
6.6.2 高压气体通过收缩喷管的流动 253
6.6.3 气动离合器、制动器物理模型 255
6.6.4 气动离合器、制动器动态特性仿真 256
6.6.5 气动离合器、制动器协调性分析 260
6.6.6 入模角、制动角分析 262
6.7 1250mm辊锻机上16型钩尾框辊锻工艺设计 265
6.7.1 16型钩尾框辊锻件的特点 265
6.7.2 1250mm辊锻机辊锻钩尾框工艺的提出 266
6.7.3 1250mm辊锻机辊锻模具设计 267
6.7.4 辊锻模孔型设计 270
6.8 16型钩尾框辊锻变形过程数值模拟及结果分析 271
6.8.1 数值模拟软件和建模过程 271
6.8.2 辊锻过程模拟结果分析 272
6.8.3 模拟辊锻过程等效应变场 277
6.8.4 辊锻变形过程的温度场 279
6.8.5 影响钩尾框辊锻件长度的因素 280
6.8.6 辊锻过程中的扭矩和力 283
6.8.7 模锻过程数值模拟 286
6.9 16型钩尾框辊锻-整体模锻工艺试验研究 289
6.9.1 试验设备 289
6.9.2 工艺试验 290
6.9.3 现场调试过程 290
6.9.4 试验结果 292
参考文献 292
第7章 核电汽轮机用超大叶片精密辊锻技术的初步研究 294
7.1 引言 294
7.2 国内外汽轮机叶片相关技术状况 295
7.2.1 特大型末级长叶片发展现状 295
7.2.2 叶片锻造技术现状 296
7.2.3 叶片锻造工艺数值模拟 298
7.2.4 特大型叶片精密辊锻多场耦合数值分析 299
7.3 特大型叶片精密辊锻技术方案与模锻坯料算法 300
7.3.1 叶片特点和工艺流程确定 300
7.3.2 叶片精密辊锻原理 302
7.3.3 辊锻坯料尺寸计算方法 303
7.3.4 模锻开坯坯料尺寸计算 304
7.3.5 大叶片原材料尺寸选取原则 305
7.4 镦头工艺多场耦合分析 306
7.4.1 镦头工艺方案确定 306
7.4.2 镦头工艺模拟分析 308
7.4.3 半开式镦头场量分析 310
7.4.4 动态再结晶组织演变模拟 312
7.5 模锻制坯多场耦合分析 316
7.5.1 工艺参数优化 316
7.5.2 正交试验结果 317
7.5.3 极差分析 318
7.5.4 多场量耦合模拟分析 319
7.6 精密辊锻工艺多场耦合分析 326
7.6.1 精密辊锻模拟参数 326
7.6.2 精密辊锻力能分析 327
7.6.3 第1道辊锻多场耦合分析 328
7.6.4 第2道次辊锻多量耦合分析 330
7.6.5 第3道辊锻多场耦合分析 332
7.7 超大型叶片叶根模锻与叶片终锻多场耦合分析 334
7.7.1 叶根模锻成形分析 334
7.7.2 叶根模锻多场耦合分析 336
7.7.3 叶片终锻成形分析 338
7.7.4 叶片终锻多场耦合分析 340
7.7.5 叶片整形分析 343
7.8 多火次锻造对1Cr12Ni3Mo2VN组织影响 344
7.8.1 多火次锻造对叶根组织影响 344
7.8.2 多火次锻造对叶身组织影响 347
7.9 特大型叶片精密辊锻工艺试验验证 351
7.9.1 镦头工艺试验 351
7.9.2 模锻制坯试验 353
7.9.3 试验小结与展望 354
参考文献 355
关键词索引 357
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