第2期 郑振华等：成形角对楔横轧21-4N合金钢气门心部质量的影响 229, 蚀性等特点，因此其材料大多采用高温耐热合金钢， 示.一次楔时，直径为do的圆形棒料在模具的带 较为典型的有4Cr9Si2和21-4N等.这些高温耐热 动下做旋转运动；同时，模具的顶面和斜楔面对圆 材料的高温塑性差，塑性成形温度范围窄.同时，发 形棒料的接触部分进行首次强力轧制和宽展，圆形 动机气门是典型的细杆带盘类零件（以图1所示气 棒料实现局部径向压缩和轴向延伸的塑性变形.在 门为例)，其盘部和杆部的直径相差较大.这些都给 一次楔成形阶段将直径为do的坯料轧制成直径为 常规的塑性成形造成困难 d、长度为L1的轴段.二次楔成形时，模具的二次 楔部分继续对已成形的直径为d1、长度为L1的轴 26范围内不得有液压痕 1(深度) 段进行再次轧制，最终成形直径为d2、长度为L2 55 的气门毛坯. 1×450 在整个轧制过程中，前后两次轧制部分必须遵 2 循体积相等原则，即 1 3±0.15 u=udL 4.55±015 1493 图1气门示意图（单位：mm) Fig.1 Schematic diagram of a valve (unit:mm) 楔横轧成形有一次楔成形、二次楔成形、多楔 成形、多圈成形等形式，各种成形形式均有其优缺 点和应用领域.如图1所示的气门产品，杆部和端 一次楔 二次模 部的直径相差较大，断面收缩率超过75%（常规认为 楔横轧一次楔成形的最大断面收缩率为75%).考虑 到气门材料为高温耐热合金钢21-4N,其高温塑性 差，因此本文提出的楔横轧气门制坯采用二次楔成 A-A B-B 形方式，一次轧制成形两个气门毛坯.二次楔成形 图2楔横轧气门毛坯二次楔成形过程 方式可以将两次轧制的断面收缩率控制在合理的范 Fig.2 Forming process of valve blank rolled by twice wedge 围内（常规认为楔横轧一次成形的最佳断面收缩率 rolling 范围为50%65%). 根据气门的实际尺寸，本文所研究的气门制坯 楔横轧二次楔成形气门毛坯的原理如图2所 方案如表1所示. 表1楔横轧气门毛坯二次楔成形方案 Table 1 Forming scheme of valve blanks rolled by twice wedge rolling 原料直径，do/mm 一次楔成形后直 一次楔斯面收缩 二次楔成形后直 二次楔断面收缩 总断面收缩率，妙/% 径，d1/mm 率，1/% 径，d2/mm 率，2/% 20 13 57.8 8.5 57.2 81.9 2 楔横轧气门制坯有限元模型 楔横轧气门制坯的有限元模型如图3所示（为 了节省计算时间，根据有限元模型的对称关系，只 上轧辊 取一半模型进行计算).模具、导板和轧件的几何 导板 轧件 模型是Pro/E中建立后，转换成stl格式后导入 下轧辊 DEFORM-3D软件.轧辊外径为500mm,转速为 1rads1,具体工艺参数如表2所示 在模型中，初始轧件直径为20mm,划分网 图3楔横轧气门制坯有限元模型 格后，轧件的单元数约为160000，轧件材料为21- Fig.3 Finite element model of a valve blank by cross wedge 4N5),采用多段线性塑性体.在模拟中，因轧辊和 rolling