工艺参数对楔横轧多楔轧制成形机理影响分析

D0I:10.13374/i.issm1001053x.2005.02.054 第27卷第2期 北京科技大学学报 Vol.27 No.2 2005年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2005 工艺参数对楔横轧多楔轧制成形机理影响分析 束学道”邢希东，)胡正寰》 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)山东理工大学机械工程学院，淄博255049 摘要针对楔横轧多楔精密轧制长轴类零件中工艺参数的确定主要依靠经验、轧件缺陷 频繁发生的难题，采用自主开发的多楔命令流有限元程序对多楔轧制过程进行有限元数值 模拟，从理论上较详细分析成形角、展宽角和断面收缩率三个主要工艺参数对轧件内部等效 应力、应变和轴向位移的影响，得到其相应的变化规律，并对断面收缩率对轴向位移的影响 规律进行实验验证. 关键词楔横轧；多楔；成形机理；工艺参数 分类号TG335.19 随着交通运输业的飞速发展，火车车轴、汽 对断面收缩率对轴向位移的影响规律进行了实 车半轴等长轴类零件需求量与日俱增，专业化大 验验证，研究结果对于深入理解多楔轧制成形机 批量生产长轴类零件己成为满足市场需求的主 理，合理确定多楔模具工艺参数，实现长轴类零 要手段，楔横轧多楔轧制是主楔和侧楔同时对轧 件多楔精确轧制成形具有重要的现实意义和应 件进行径向压下和轴向延伸的塑性成形，是一种 用价值 先进的长轴类零件净近精密成形技术，具有显著 节省辊面、减小设备体积、生产效率高、节材、降 1楔横轧多楔轧制有限元模型的 低成本等优点，是适合专业化、经济化大批量生 建立 产长轴类零件的有效工艺手段. 多楔精确轧制长轴类零件，其轧制各阶段主 楔横轧多楔轧制是主楔和侧楔同时对轧件 楔与侧楔之间的制约关系和成形机理比较复杂， 进行径向压下和轴向延伸的塑性成形，建立有限 国内外关于其研究相对较少，实际生产中主要 元模型的关键是在合理工艺参数下精确确定主 依靠经验.轧制过程中堆料或拉料现象时常发 楔和侧楔的相对转角，如图1所示.图中，a为成 生，阻碍轧制过程的顺利进行，致使多楔精密成 形角，B为展宽角，8为主楔与侧楔的相对转角.因 形长轴类零件工艺技术在国民经济和实际生产 为如果主楔与侧楔相对转角较小，将发生堆料或 应用中受到一定程度的限制啊.因此，深入开展楔 挤料现象，在堆料处直径增大，有时甚至导致楔 横轧多楔精密成形长轴类零件理论研究，弄清工 横轧制无法完成；如果主楔与侧楔相对转角较大， 艺参数对楔横轧多楔轧制成形机理影响规律是 轧件将出现拉料，轧件会出现疏松等缺陷，通过 十分必要的. 自主开发端面移动量专用计算程序，精确计算 本文根据楔横轧多楔轧制特点，采用笔者自 出轧件直径为40mm,材料为45钢，不同轧制工 主开发的命令流有限元程序阿，对楔横轧多楔轧 艺参数下主楔与侧楔的相对转角如表1所示， 制进行有限元数值模拟，从理论上较详细分析展 宽角、成形角和断面收缩率三个主要工艺参数对 侧楔 轧件内部应力、应变和轴向位移的影响规律，并 主楔 收稿日期：200404-12修回日期：200409-20 基金项目：国家自然科学基金资助项目No.50205004,No.50475175) 图1多楔模具展开图及轧件 作者简介：束学道(1968一)，男，副教投，博士 Fig.1 MCWR tool structure and half of a finished part

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 工艺参数对楔横轧多楔轧制成形机理影响分析 束 学道 ‘， 邢 希 东 ‘ ， ， 胡 正 寰 ” 北 京科技大 学 机 械 工 程 学 院 ， 北 京 山 东 理 工 大 学机械 工 程 学 院 ， 淄 博 摘 要 针 对 楔横 轧 多楔 精密 轧制长 轴类 零件 中工 艺 参数 的确 定 主 要 依靠经 验 、 轧件缺 陷 频 繁发 生 的难 题 ， 采用 自主 开 发 的 多楔命 令 流有 限元 程 序对 多楔 轧 制过 程进 行 有 限元数 值 模拟 ， 从 理 论 上 较详 细 分 析 成 形 角 、 展 宽 角和 断面 收缩 率 三个 主 要 工 艺 参数对 轧件 内部 等 效 应 力 、 应变 和 轴 向位移 的影 响 ， 得 到 其 相 应 的变 化 规 律 ， 并对 断 面 收缩率 对 轴 向位 移 的影 响 规 律进行 实验 验证 关键 词 楔 横 轧 多楔 成 形机 理 工 艺 参数 分 类号 随着 交 通 运 输 业 的飞 速 发 展 ， 火 车 车 轴 、 汽 车 半轴 等 长轴 类 零 件 需求量 与 日俱 增 ， 专业 化 大 批 量 生 产 长 轴 类 零 件 己 成 为 满 足 市 场 需 求 的主 要 手 段 楔 横 轧 多楔 轧制 是 主 楔 和 侧 楔 同 时对 轧 件进 行径 向压 下 和 轴 向延伸 的塑 性成 形 ， 是 一种 先 进 的长 轴类 零件 净 近精 密成 形 技术 ， 具 有 显 著 节 省 辊 面 、 减 小 设 备 体 积 、 生 产 效率 高 、 节 材 、 降 低 成 本 等 优 点 ， 是适 合 专 业 化 、 经 济 化 大 批量 生 产 长 轴 类 零 件 的有 效 工 艺 手 段 多楔 精 确 轧 制长 轴 类 零 件 ， 其 轧 制 各 阶 段 主 楔 与侧 楔 之 间 的制 约 关系 和 成 形机 理 比较 复 杂 ， 国 内外 关 于 其研 究 相对 较少 『 ， 实 际 生产 中主 要 依 靠 经 验 轧 制 过 程 中堆 料 或 拉 料 现 象 时 常 发 生 ， 阻 碍 轧 制 过 程 的顺 利 进 行 ， 致 使 多楔 精 密 成 形 长 轴 类 零 件 工 艺 技 术 在 国 民经 济 和 实 际 生 产 应 用 中受 到一 定程 度 的限制 「 因此 ， 深 入 开展 楔 横 轧 多楔 精 密 成 形 长 轴类 零件 理 论研 究 ， 弄清 工 艺 参 数对 楔 横 轧 多 楔 轧制 成 形 机 理 影 响规 律 是 十 分 必 要 的 本 文 根据 楔 横 轧 多楔 轧制 特 点 ， 采 用 笔 者 自 主 开 发 的命 令 流 有 限元 程 序 ’ ， 对 楔 横 轧 多楔轧 制 进 行 有 限元 数 值 模拟 ， 从 理 论 上 较详 细 分 析 展 宽角 、 成 形 角和 断面 收缩 率三 个 主 要 工 艺参 数对 轧件 内部 应 力 、 应变和 轴 向位 移 的影 响规 律 ， 并 对 断 面 收 缩 率 对 轴 向位 移 的影 响 规 律 进 行 了实 验 验证 研 究 结果 对 于 深 入 理解 多楔 轧 制成 形机 理 ， 合 理 确 定 多楔 模 具 工 艺 参 数 ， 实 现 长 轴 类 零 件 多楔 精 确 轧 制 成 形 具 有 重 要 的现 实 意 义 和 应 用 价值 楔 横 轧 多楔 轧 制 有 限 元 模 型 的 建 立 楔 横 轧 多 楔 轧 制 是 主 楔 和 侧 楔 同 时对 轧 件 进行 径 向压 下 和 轴 向延 伸 的塑 性 成 形 ， 建 立 有 限 元 模 型 的关 键 是 在 合 理 工 艺 参 数 下 精 确 确 定 主 楔 和 侧 楔 的相 对 转 角 ， 如 图 所 示 图 中 ， 为 成 形 角 渭为展 宽 角 ， 为主 楔 与侧 楔 的相对 转 角 因 为如 果 主 楔 与 侧 楔 相 对 转 角 较 小 ，将 发 生 堆 料 或 挤 料 现 象 ， 在 堆 料 处 直 径 增 大 ， 有 时甚 至 导 致 楔 横 轧制 无 法 完成 如 果 主楔 与侧 楔 相 对 转 角较 大 ， 轧 件 将 出现拉 料 ， 轧 件 会 出现 疏 松 等 缺 陷 通 过 自主 开 发 端 面 移 动 量 专 用 计 算 程 序 『」， 精 确 计 算 出轧件 直 径 为中 ， 材 料 为 “ 钢 ， 不 同轧 制工 艺 参数 下 主 楔 与侧 楔 的相 对 转 角 如 表 所 示 侧楔 苗以 主楔 一 。丁盯添决 收 稿 日期 刁平 修 回 日期 一 一 基金 项 目 国家 自然 科 学基 金 资助项 目困 ， 认 作 者简 介 束 学道 一 ， 男 ， 副 教授 ， 博 士 图 多楔模具展 开 图 及 轧 件 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．02．054

Vol.27 No.2 束学道等：工艺参数对楔横轧多楔轧制成形机理影响分析 ◆223· 表1实验轧制工艺参数 度加剧，轧件芯部由不均匀变形所产生的附加拉 Table 1 Process parameters for experiment 应力值变大，轴向应力的数值就越大，因此等效 工况 a()B)截面收缩率，w% 0) 应力也增大.在主楔和侧楔都进入展宽段，轧制 34 0.6022 G 40 进入稳定阶段后，等效应力处于下降阶段，随着 改变成形角 32 1.5052 30 2.4075 成形角的增大，等效应力反而减小，其中最大等 6.5200 效应力随成形角的增大而增大， 改变展宽角28 50 6.5196 图4和图5分别为展宽角和断面收缩率对应 10 7.5400 力响应.可以看出，在主楔和侧楔进入展宽段前， 10 0.6022 改变断面收 等效应力处于上升阶段.随着展宽角和断面收缩 缩率 9 6 1.5049 率的增大，等效应力增大.主要原因表现在展宽 40 2.4075 角增大，轧件轴向压缩量增大，轴向变形程度增 由于结构对称性，轧件取一半，并在对称面 大，轧件的轴向延伸受到的阻力增加.所以等效 上给予轴向几何约束，轧辊与轧件的楔横轧多楔 应力随展宽角增加而增大，随着断面收缩率的增 有限元计算模型如图2所示. 大，变形逐渐渗透到轧件芯部，轧件芯部受压的 趋势增大，所以等效应力增加.在主楔和侧楔都 进入展宽段，轧制进入稳定阶段后，等效应力处 于下降阶段，随着展宽角和断面收缩率的增大， 等效应力反而减小.其中最大等效应力随展宽角 和断面收缩率的增大而增大， 综合图35，成形角对等效应力影响最小，展 宽角和断面收缩率对等效应力影响相对较大.因 此，为了减小轧件的等效应力，在选择模具工艺 参数时，在工艺条件允许情况下，应尽量选择较 图2楔横轧多楔轧制有限元计算模型 100 (a)A点 成形角 Fig.2 MCWR FEM model ★—30° 32° 平34° 2工艺参数对多楔轧制轧件内部 60 应力影响分析 40 通过有限元数值模拟，得到轧制过程中不同 工艺参数下轧件内部A点（主楔中心点）B点（侧 楔中心点)的等效应力响应如图35所示.由 10 20 3.0 图3~5可以看出，侧楔作用下B点的应力变化趋 势和主楔作用下A点相似，无论对于变化成形 80(b)B点 角、展宽角还是断面收缩率，轧制过程中应力随 轧制时间变化都分为两个阶段，即应力上升阶段 60 和下降阶段，最大等效应力出现在主楔和侧楔压 40 下量达到最大时刻. 6 成形角 图3为成形角对应力影响.可以看出，上升阶 30 段，等效应力随着成形角的增大而增大.因为由 0 于成形角越大，轧件每半圈压下量增大，轧件芯 -10 部受压的趋势增大，径向应力增大；同时由于成 t/s 形角越大，轧件变形区内金属的轴向变形就越容 图3成形角对应力影响 易，这导致轧件表层与芯部轴向变形的不均匀程 Fig.3 Forming angle effect on stress

一 束 学 道 等 工 艺 参数 对 楔横 轧 多楔 轧 制 成形 机 理 影 响 分 析 表 实验 轧制 工 艺 参 数 韶 印 加 肛 对 叨 工 况 刀 截 面 收缩 率 ， 州 石 ︺，内、、 气乙 改 变成 形 角 改变展 宽角 勺山 ︸ 改 变 断 面收 缩 率 ， 由于 结构 对 称 性 ， 轧 件 取 一 半 ， 并 在 对 称 面 上 给 予 轴 向几 何 约 束 轧辊 与 轧件 的楔 横 轧 多楔 有 限元 计 算模 型 如 图 所 示 翠甜辱夔淦之搜或坛绪瘾岌痊妻若夔鑫叠善攀袋 子薰墓只蒙、 卜瑟户 李樱缓桑蒸寒爹琴兹鑫鬓馨戮囊鬓叁叁鑫窦 异奋异宁公玉 屯 、 亏 忿叹 之子攀纬 份补笼占答弓月省式 井字蛤弓斌冰 与攀夺冬芝 彝 参鑫 季奔 鬓 鬓鬓获黔之之 纂 殡鬓 莽 斑 纂生宝 鬓 摹彝 鬓鬓蒸羹攀瓣摹 笨笨效奏奔款欢杖牵 以翌产致丫 洲筹、 乏卜李义乏，蒸争导声聋州鑫与及 卜聚广，‘攀尹， 幸弓不 户拜尹 希今，华产 并， 并产 户滚尸人八蚁尸冲八户 甚、垫入 划旗次李丁丫 乏子欠义溉签究滋冬乡乓今六半铃瀚戈罕 我会盖竖下 度 加剧 ， 轧件 芯 部 由不均 匀 变 形 所 产 生 的附加 拉 应 力值 变 大 ， 轴 向应 力 的数 值 就 越 大 ， 因此 等 效 应 力 也 增 大 在 主 楔 和 侧 楔 都进 入 展 宽段 ， 轧 制 进 入 稳 定 阶 段 后 ， 等 效 应 力 处 于 下 降阶段 ， 随着 成 形 角 的增 大 ， 等 效 应 力 反而 减 小 其 中最 大 等 效应 力 随成 形 角 的增 大 而 增 大 图 和 图 分 别 为展 宽角和 断面 收缩 率对 应 力 响应 可 以看 出 ， 在主楔和 侧楔 进 入 展 宽段 前 ， 等 效应 力 处 于 上 升 阶段 随着 展 宽角 和 断面 收缩 率 的增 大 ， 等 效应 力 增 大 主 要 原 因表 现 在 展 宽 角 增 大 ， 轧 件 轴 向压 缩 量 增 大 ， 轴 向变 形 程度 增 大 ， 轧 件 的轴 向延 伸 受 到 的 阻 力 增 加 所 以等 效 应 力 随展 宽角增 加 而增 大 随着 断 面 收缩 率 的增 大 ， 变 形 逐 渐 渗 透 到 轧件 芯 部 ， 轧 件 芯 部 受压 的 趋 势 增 大 ， 所 以等 效应 力 增 加 在 主 楔 和 侧楔 都 进 入 展 宽段 ， 轧 制 进 入 稳 定 阶 段 后 ， 等 效应 力处 于 下 降阶段 ， 随着 展 宽角 和 断 面 收缩 率 的增 大 ， 等 效应 力 反 而减 小 其 中最 大 等 效应 力 随展 宽角 和 断面 收 缩 率 的增 大 而 增 大 综 合 图 一 ， 成 形 角对 等 效 应 力 影 响最 小 ， 展 宽 角和 断面 收缩 率 对 等 效应 力 影 响相 对较 大 因 此 ， 为 了减 小 轧件 的等 效应 力 ， 在 选 择 模 具 工 艺 参 数 时 ， 在 工 艺 条 件 允许 情 况 下 ， 应 尽 量 选 择 较 图 楔横 轧 多楔 轧 制 有 限 元 计 算模 型 片 成形角 一创卜 一润卜 工 艺 参数对 多楔 轧 制 轧 件 内部 ﹄乙﹄ 应 力 影 响 分 析 通 过 有 限元 数 值 模拟 ， 得 到 轧 制 过 程 中不 同 工 艺参 数 下 轧 件 内部 点 主 楔 中心 点 、 点 侧 楔 中心 点 的等 效 应 力 响 应 如 图 一 所 示 由 图 一 可 以看 出 ， 侧 楔 作 用 下 点 的应 力 变 化 趋 势 和 主 楔 作 用 下 点相 似 ， 无 论 对 于 变 化 成 形 角 、 展 宽 角还 是 断面 收缩 率 ， 轧 制 过程 中应 力 随 轧制 时 间变 化 都分 为两 个 阶 段 ， 即应 力 上 升 阶段 和 下 降阶 段 最 大 等 效 应 力 出现在 主楔 和 侧 楔 压 下 量 达 到最 大 时刻 图 为成 形 角对 应 力 影 响 ， 可 以看 出 ， 上 升 阶 段 ， 等 效应 力 随着 成 形 角 的增 大 而 增 大 ， 因 为 由 于成 形 角越 大 ， 轧件 每 半 圈压 下 量 增 大 ， 轧 件 芯 部 受 压 的趋 势 增 大 ， 径 向应 力 增 大 同 时 由于 成 形 角越 大 ， 轧件 变 形 区 内金 属 的轴 向变 形 就 越容 易 ， 这 导致 轧件 表 层 与 芯 部 轴 向变 形 的不 均匀 程 刃 卜 点 成形角 山尸 一甲 ﹄﹄ 图 成形 角对 应 力影 响

·224· 北京科技大学学报 2005年第2期 小的展宽角和断面收缩率 100 (aA点 展宽 g 3 工艺参数对多楔轧制轧件内部 60 应变影响分析 40 通过有限元数值模拟，得到轧制过程中不同 工艺参数下轧件内部A点和B点的等效应变响 应曲线如图68所示.由图68可以看出，侧楔作 用下B点的应变变化趋势和主楔作用下A点相 似，无论变化成形角、展宽角还是断面收缩率，轧 t/s % 制过程中等效应变随着轧制时间的进行，在主楔 (b)B点 80 平-10° 和侧楔轧辊成形面作用下，A,B点的应变值逐渐 增大，随着轧辊成形面不断向轧件端部移动，包 60 展宽角 含A点和B点部分轧件轧细完成，应变达到最大 40 值，但A点最大等效应变值比B点大，主要原因 20 是A点应变是主楔和侧楔叠加作用结果，而B点 仅为侧楔作用产生的效果. 图6为不同成形角下应变响应图.可以看出， -20 轧制过程中，随着轧辊成形面不断向轧件端部移 2 tis 动，等效应变从零开始随着压下量增大而逐渐增 图4展宽角对应力影响 大，楔入段增大的幅值较大，展宽段增大幅值较 Fig.4 Spread angle effect on stress 小，精整段应变基本保持不变.无论是A点还是 100 0.9 (a)A点 断面收缩率 (a)A点 0.8 80 ★一10% 成形角 25% 0° 平 -40% 0.6 60 0.4 40 0.2 20 10 0. 2.0 3.0 3.5 0 t/s t/s 100 0.8 (b)B 断面收缩率 b)B点 成形角 80 10% 0.6 60 0.4 20 0.2 10 1.0 2.0 3.03.5 0 1.0 2.0 3.03.5 tis tis 图5断面收缩率对应力影响 图6成形角对应变影响 Fig.5 Effeet of reduction in area on stress Fig.6 Forming angle effect on strain

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 小 的展 宽角 和 断 面 收 缩 率 点 展宽角 一， 。 一去 已 峥 八曰 层勺 点 汉 ‘ 一早 。 、 ‘ 义 赢 。 ﹄启、 二 八 图 展 宽 角对 应 力影 响 工 艺 参数 对 多楔 轧 制 轧件 内部 应 变影 响 分 析 通 过 有 限元 数 值模拟 ， 得 到 轧 制 过程 中不 同 工 艺 参 数 下 轧 件 内部 点和 点 的等 效 应 变 响 应 曲线 如 图 一 所 示 由图 一 可 以看 出 ， 侧 楔 作 用 下 点 的应 变 变化 趋 势 和 主 楔 作 用 下 点相 似 ， 无 论 变 化 成 形 角 、 展 宽角还 是 断面 收缩 率 ， 轧 制 过程 中等 效应 变 随着 轧制 时 间 的进 行 ， 在 主楔 和 侧 楔 轧 辊 成 形 面 作用 下 ， ， 点 的应 变 值 逐 渐 增 大 ， 随着 轧 辊成 形 面 不 断 向轧件 端 部 移 动 ， 包 含 点和 点 部 分 轧 件 轧 细 完 成 ， 应 变 达 到最 大 值 ， 但 点最 大 等 效 应 变值 比 点大 ， 主 要 原 因 是 点应 变 是 主楔 和 侧 楔 叠 加 作用 结 果 ， 而 点 仅 为侧 楔 作用 产 生 的效果 图 为不 同成 形 角下应 变 响应 图 可 以看 出 ， 轧 制 过 程 中 ， 随着 轧 辊 成 形 面 不 断 向轧件 端 部 移 动 ， 等 效应 变 从 零 开始随着 压 下 量 增 大 而 逐 渐 增 大 ， 楔入 段 增 大 的 幅值 较 大 ， 展 宽段 增 大 幅值 较 小 ， 精 整 段 应 变 基 本 保 持 不 变 无 论 是 点还 是 丽下蔫 断面收缩率 去习 一平 住 面 ， 灭蔫 吕 卜 八曰 ，妇 ﹄︺乙 刀 点 断面收缩率 去 一卜 甲 点 成形角 一幽一 一一平 脸月润七平润 坚履 。 。 叫卜 ‘ 早 自圣川 伪石 ︺︶ 刀 刃 图 断面 收缩 率对 应 力 影 响 刃 图 成形 角对应 变影 响 幻允

Vol.27 No.2 束学道等：工艺参数对楔横轧多楔轧制成形机理影响分析 ·225· B点，随着成形角的增大，等效应变增大 1.2 (a)A点 图7为不同展宽角下应变响应图.可以看出， 展宽角 轧制过程中，无论是A点还是B点，随着展宽角 0.8 的增大，等效应变减小.图8为断面收缩率对等 c0.6 效应变的影响.随着断面收缩率的增大，等效应 0.4 变值增大. 0.2 综合图6~图8可以看出，断面收缩率对等效 应变影响最大，成形角对等效应变影响最小， 0.2 2 3 4轴向位移影响规律的有限元模 t/s 拟与实验结果比较 b)B点 0.6 由于断面收缩率对轴向位移影响较显著，本 文通过变化断面收缩率，用有限元数值模拟和轧 制实验测试两方面，对断面收缩率对轴向位移影 展宽角 响规律进行分析.图9(a)为数值模拟结果.轧件 内部点B点的轴向位移是主楔和侧楔同时作用 下引起轴向位移的叠加.随着主楔和侧楔对轧件 压下量的增加，B点的轴向位移增大，展宽段结 1.0 2.0 3.03.5 束轴向位移达到最大，精整段轴向移动量基本不 tis 图7展宽角对应变影响 Fig.7 Spreading angle effect on strain 40 (a) 士10% -25% 0.9 30 平一40% (a)A点 0.8 断面收缩率 断面收缩率 一10% 0.6 一25% 20 平一40% 的 0-0-0-0-0-0-0 0.4 10 0.2 0童 0 1.0 2.0 3.03.5 t/s 0 1.0 2.0 3.03.5 50 (b) t/s 女10 0.8)B点 40 年4 3% 10% 平开平平 断面收缩率 25% 平40% 目30 0.6 断面收缩率 的 20 0.4 000-000-0 10 0.2 ★★★★女★★d 0 0.5 1.01.5 2.0 2.53.0 0 t/s 1.0 2.0 3.0 3.5 图9断面收缩率对轧件轴向位移影响(a)数值模拟结果；) t/s 实验测试结果 图8新面收缩率对应变影响 Fig.9 Influence of reduction in area on axial displacement:(a)nu- Fig.8 Effect of reduction in area on strain merical simulated results;(b)experimental results

束 学 道 等 工 艺 参 数 对 楔横 轧 多楔 轧 制 成 形 机 理 影 响 分 析 一 点 展宽角 早 。 一， 奋 ︺ ︸，曰， 勾 点 ， 随着 成 形 角 的增 大 ， 等 效应 变 增 大 图 为不 同展 宽角下 应变 响应 图 可 以看 出 ， 轧 制 过程 中 ， 无 论 是 点还 是 点 ， 随着 展 宽角 的增 大 ， 等 效应 变 减 小 图 为 断面 收缩 率对 等 效应 变 的影 响 随着 断 面 收 缩 率 的增 大 ， 等 效应 变值 增 大 综合 图 一 图 可 以看 出 ， 断面 收缩 率对 等 效 应 变 影 响最 大 ， 成 形 角对 等 效 应 变 影 响最 小 点 刃 刃 ， 图 展 宽 角对 应 变 影 响 轴 向位移 影 响 规 律 的有 限 元 模 拟 与 实验 结 果 比较 由于 断面 收 缩率 对 轴 向位 移 影 响较 显 著 ， 本 文通 过变 化 断面 收缩 率 ， 用 有 限元 数值 模拟 和 轧 制 实验 测试 两 方 面 ， 对 断面 收缩率对 轴 向位 移 影 响规 律 进 行 分 析 图 为数 值模 拟 结果 ， 轧 件 内部 点 点 的轴 向位 移 是 主 楔 和侧 楔 同 时作 用 下 引起 轴 向位 移 的叠加 随着 主 楔 和 侧 楔 对 轧件 压 下 量 的增 加 ， 点 的轴 向位 移 增 大 ， 展 宽段 结 束 轴 向位 移 达 到 最 大 ， 精 整 段轴 向移 动量 基 本 不 点 断面收缩率 内， 、 自曰︺ 口留撰泌划厄、万 铂 断面收缩率 奋 。 一 早 刀 ， ‘ 丽 一 。 、万日 、 纂但泌坦 点 去一 奋一 一。 早 断面收缩率 甲一 断面收缩率 ‘曰 石 又曰 气 了 艺孟 以气 八 ， ， 刀 石 图 断 面 收缩 率对应 变影 响 图 ， 断面 收缩 率对 轧 件轴 向位 移影 响 ， 数 值 模拟结果 实验 测 试 结 果

·226 北京科技大学学报 2005年第2期 变.随着断面收缩率的加大，B点的轴向位移加 而增大， 大.图9b)为采用自主开发研制的专用测试系统， (4)通过分析得到的楔横轧多楔轧制过程中 测得a=32°，B=6°，断面收缩率分别为-10%， 工艺参数对轧件内部应力、应变和轴向位移的影 25%,40%下轧件端面中心点位移图.随着断面收 响规律，对于深入理解多楔轧制成形机理，合理 缩率的增大，轧件端部中心点轴向位移增大，显 确定多楔模具工艺参数，实现长轴类零件多楔精 然，对于轴向位移随断面收缩率的变化规律，有 确轧制成形具有重要的现实意义和应用价值. 限元数值模拟结果与实验测试结果是一致的.由 此也进一步验证上述有限元模拟分析工艺参数 参考文献 对应力、应变的变化规律的正确性. [】任广升，白志斌等.多樱同步楔横轧模具设计.锻压技术， 19922):50 2]吴任东.楔横轧火车车轴工艺方法研究：[学位论文】.北 5结论 京：北京科技大学，1995 [3]Tselikov A I.Calculation Theory of Force on Rolling Machines. (1)楔横轧多楔轧制过程中，最大等效应力 Moscow:Metallurgizdat,1962 随成形角、展宽角和断面收缩率的增大而增大， [4]Dong Y M,Tagavi K A,Lovell MR,et al.Analysis of stress in 成形角对等效应力影响最小，展宽角和断面收缩 cross wedge rolling with application to failure.Int J Mech Sci 2000,42:1233 率对等效应力影响相对较大. [⑤)]胡正寰，张康生，王宝雨，等.楔横轧零件成形技术与模 (2)楔横轧多楔轧制过程中，等效应变随成 拟仿真.北京：冶金工业出版社，2004 形角和断面收缩率的增大而增大，随展宽角的增 16]Xing X D,Shu X D,Hu ZH.The Finite element simulation for 大而减小，其中，断面收缩率对等效应变影响最 multi-wedge cross wedge rolling process.In:The 6th Interna- tional Conference on Frontiers of Design and Manufacturing 大，成形角对等效应变影响最小. (ICFDM 6).Monmouth Junction:Science Press USA Inc,2004 (3)楔横轧多楔轧制过程中，通过数值模拟 [7)束学道，邢希东，胡正寰.程序化计算端面移动量在多楔 与实验结果表明，轴向位移随断面收缩率的增大 模具参数化设计上的应用.冶金设备，2003(6：6 Analysis of process parameter influence on deformation mechanism in multi-wed- ge cross wedge rolling SHU Xuedao XING Xidong HU Zhenghuan 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Mechanical Engineering School,Shandong University of Technology,Zibo 255049,China ABSTRACT As to the difficulty of frequent work-piece failure and technological parameter selection by experi- ment in multi-wedge cross wedge rolling(MCWR)for long-axle parts,a multi-wedge command stream program in FEM was developed by authors to simulate the MCWR rolling process.The effects of forming angle,spreading ang- le and reduction in area on the inner equivalent stress,strain and axial displacement of work-pieces were theoreti- cally analyzed and the corresponding regularities were obtained.The rule of the effect of reduction in area on the axial displacement of work-pieces was verified by experiment. KEY WORDS cross wedge rolling;multi-wedge;deformation mechanism;process parameter

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 变 随着 断面 收缩 率 的加 大 ， 点 的轴 向位 移 加 大 图 为采 用 自主 开发 研制 的专 用 测试 系 统 ， 测 得 ， 刀 ， 断面 收缩率 分 别 为 沂 ， ， 下 轧件 端 面 中心 点位 移 图 随着 断面 收 缩 率 的增 大 ， 轧件 端 部 中心 点轴 向位 移 增 大 显 然 ， 对 于 轴 向位 移 随 断面 收 缩 率 的变 化 规 律 ， 有 限元 数值模 拟 结果 与 实验 测 试 结果是 一致 的 ， 由 此 也 进 一 步验 证 上 述 有 限元 模 拟 分 析 工 艺 参 数 对 应 力 、 应 变 的变 化 规 律 的正 确 性 而 增 大 通 过 分 析 得 到 的楔 横 轧 多楔 轧 制 过 程 中 工 艺参 数对 轧件 内部 应 力 、 应 变 和 轴 向位 移 的影 响规 律 ， 对 于 深 入 理 解 多楔 轧 制 成 形 机 理 ， 合 理 确 定 多楔模 具 工 艺参 数 ， 实现 长 轴 类 零件 多楔 精 确 轧 制 成 形 具 有 重 要 的现 实 意 义 和 应 用 价 值 ， 参 考 文 献 结 论 楔 横 轧 多楔 轧 制 过 程 中 ， 最 大 等 效 应 力 随成 形 角 、 展 宽角和 断面 收缩 率 的增 大 而 增 大 成 形 角对 等 效应 力 影 响最 小 ， 展 宽角和 断面 收缩 率 对 等 效 应 力 影 响相 对 较 大 楔 横 轧 多楔 轧 制 过 程 中 ， 等 效 应 变 随成 形 角 和 断面 收缩 率 的增 大而 增 大 ， 随展 宽 角 的增 大 而 减 小 其 中 ， 断面 收缩 率 对 等 效应 变 影 响最 大 ， 成 形 角对 等 效应 变 影 响最 小 楔 横 轧 多楔 轧 制 过 程 中 ， 通 过 数 值 模 拟 与 实验 结 果表 明 ， 轴 向位 移 随 断 面 收缩 率 的增 大 任 广升 ， 白志 斌 等 多楔 同 步楔横轧模具 设 计 锻压 技 术 ， 吴任东 楔横 轧火车 车轴工 艺 方 法研 究 【学位 论 文 北 京 北 京科技 大学 ， 」 止 江 ， ， ， ， ， ， 胡 正 寰 ， 张 康 生 ， 王 宝 雨 ， 等 楔 横 轧 零件成 形 技 术 与模 拟 仿真 北 京 冶 金工 业 出版社 ， ， ， ， 而 一 电 罗 ， 束 学 道 ， 邢希 东 ， 胡正 寰 程序 化计算端 面移 动 量 在 多 楔 模具参 数 化 设计 上 的应用 冶金 设 备 ， 一 汉刀 气公石脚 爪 ， ， ’气 刀 ， 』 ， ， ， ， ， 一 一 电 一 叭 ， 一 加 认叹 ， ， 一 一