軋制驅(qū)動(dòng)等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變技術(shù)的初步研究.pdf

1、等通道轉(zhuǎn)角擠壓(Equal Channel Angular-Pressing,ECAP)是細(xì)化和調(diào)控材料組織結(jié)構(gòu)以及制備超細(xì)納米晶材料的一種重要方法。但由于其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使得傳統(tǒng)的ECAP不能進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn),大大降低了其產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用進(jìn)程。
　　 軋制驅(qū)動(dòng)等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變技術(shù)(Rolling-driven Equal Channel Angual,簡(jiǎn)稱R-ECA)結(jié)合了軋制連續(xù)驅(qū)動(dòng)與等通道轉(zhuǎn)角擠壓細(xì)化和調(diào)控晶粒取向的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了

2、ECAP不連續(xù)的缺點(diǎn)。本文采用有限元分析軟件Deform-3D對(duì)軋制驅(qū)動(dòng)的等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變技術(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算,分別就影響R-ECA大應(yīng)變技術(shù)的五組主要因素(軋制輪對(duì)數(shù)、摩擦系數(shù)、異步驅(qū)動(dòng)、大壓下率及軋制輪半徑和角速度)進(jìn)行了分析。圍繞著R-ECA大應(yīng)變技術(shù)的連續(xù)化和低能耗等關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展了研究工作,取得了以下創(chuàng)新成果:
　　 第一,研究了軋制輪對(duì)數(shù)對(duì)R-ECA大應(yīng)變技術(shù)的影響。對(duì)于1-4對(duì)軋制輪的R-ECA大應(yīng)變技術(shù),隨著軋制輪對(duì)

3、數(shù)的增加,工件有效應(yīng)變大小總體上呈下降趨勢(shì)；剪切應(yīng)變呈上升趨勢(shì)；主驅(qū)動(dòng)輪(BR1)扭矩及其所占總扭矩的比例在逐漸減??；裝置的總扭矩在逐漸增加,裝置動(dòng)力性能提高；工件的輸出速度逐漸增加；單位體積工件產(chǎn)生單位應(yīng)變所消耗的能量(單位產(chǎn)出能耗)則明顯下降,然后穩(wěn)定在0.112左右。在摩擦系數(shù)為0.3的情況下,4對(duì)輪R-ECA變形過(guò)程具有明顯的優(yōu)勢(shì),能在材料內(nèi)部產(chǎn)生有效應(yīng)變和剪切應(yīng)變,材料輸出速度高,扭矩分布合理,單位產(chǎn)出能耗低。
　　

4、第二,研究了摩擦系數(shù)對(duì)R-ECA大應(yīng)變技術(shù)的影響。隨軋制輪與工件之間摩擦系數(shù)的增大,工件內(nèi)部應(yīng)變大小總體上呈下降趨勢(shì)；剪切應(yīng)變值也都大于2,能夠有效細(xì)化材料內(nèi)部晶粒；主驅(qū)動(dòng)輪(BR1)扭矩值所占總扭矩的比例在逐漸減小,裝置的各輪扭矩的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力分配更加合理；裝置的總扭矩逐漸增加,工件的輸出速度逐漸增加。隨摩擦系數(shù)的增大,單位產(chǎn)出能耗先降低,在摩擦系數(shù)為0.5時(shí)達(dá)到最小值(0.0979),然后開(kāi)始增大。因此單純從能量的角度來(lái)節(jié)約加工成本,4

5、對(duì)輪R-ECA大應(yīng)變技術(shù)最為經(jīng)濟(jì)的摩擦系數(shù)為0.5。
　　 第三,研究了異步軋制驅(qū)動(dòng)對(duì)R-ECA大應(yīng)變技術(shù)的影響。工件內(nèi)部應(yīng)變大小主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)特點(diǎn):一是當(dāng)下輪轉(zhuǎn)速比上輪轉(zhuǎn)速快時(shí),能提高工件有效應(yīng)變值；二是在上下轉(zhuǎn)速比一定的情況下,提高轉(zhuǎn)速會(huì)降低有效應(yīng)變值。提高下軋制輪轉(zhuǎn)速有助于產(chǎn)生均勻的剪切應(yīng)變。下輪比上輪轉(zhuǎn)速快時(shí),其所產(chǎn)生的總扭矩增大,但軋制輪轉(zhuǎn)速的提高會(huì)降低整個(gè)裝置的總扭矩。影響單位能耗的兩個(gè)主要因素是速度大小和速度分

6、配。下軋制輪轉(zhuǎn)速大于上軋制輪轉(zhuǎn)速時(shí),能夠降低單位產(chǎn)出能耗。在下與上轉(zhuǎn)速比大于1時(shí),提高下與上軋制輪轉(zhuǎn)速比有助于提高能量利用率。
　　 第四,研究了壓下率對(duì)R—ECA大應(yīng)變技術(shù)的影響。對(duì)于初始厚度為5mm的工件,隨著摩擦系數(shù)的增大,其內(nèi)部應(yīng)變大小總體上呈下降趨勢(shì),應(yīng)變差很小,并且剪切應(yīng)變逐漸變得均勻。主驅(qū)動(dòng)輪扭矩以及總扭矩都在逐漸增大,而主驅(qū)動(dòng)輪扭矩以及總扭矩之比卻在減小,說(shuō)明裝置的驅(qū)動(dòng)力在增加,而且驅(qū)動(dòng)動(dòng)力分配更加合理。對(duì)單位體

7、積工件產(chǎn)生單位應(yīng)變所消耗的能量明顯下降。
　　 第五,研究了不同軋制輪半徑和角速度對(duì)R-ECA大應(yīng)變技術(shù)的影響。提高轉(zhuǎn)速能夠從整體上提高工件內(nèi)部的有效應(yīng)變值,降低主驅(qū)動(dòng)輪、總驅(qū)動(dòng)輪的扭矩以及BR_1輪與總扭矩之比。增加半徑能夠降低工件內(nèi)部的有效應(yīng)變,提高總扭矩。無(wú)論是增加轉(zhuǎn)速或增大半徑,工件內(nèi)部有效應(yīng)變都較為均勻并且單位產(chǎn)出能耗發(fā)生非常明顯的下降。
　　 本文研究結(jié)果揭示了軋制驅(qū)動(dòng)等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變技術(shù)的基本特征,為連續(xù)化