D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.05.009 第34卷第5期 北京科技大学学报 Vol.34 No.5 2012年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2012 楔横轧小断面收缩率轴类件的椭圆度研究 孟令博2)张康生) 刘文科” 胡正寰) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)首都航天机械公司，北京100076 ✉通信作者，E-mail:j04320@163.com 摘要利用有限元软件对楔横轧成形小断面收缩率轴类件的椭圆度进行数值模拟，通过对数值模拟结果进行正交回归分 析，研究工艺参数对小断面收缩率轧件椭圆度的影响规律。结果表明：展宽角和断面收缩率对轧件椭圆度影响显著，展宽角越 大或断面收缩率越小，则轧件椭圆度越大：当断面收缩率较小时，成形角对轧件椭圆度几乎没有影响.并解释了各工艺参数对 轧件椭圆度影响的原因.通过轧制实验，验证了数值模拟结果的可靠性. 关键词楔横轧：断面收缩率：椭圆度：工艺参数：有限元法：数值分析 分类号TG335.19 Ovality study of shafts with light area reduction by cross wedge rolling MENG Ling-bo2a,ZHANG Kang-heng”,LIU Wen-he》,HU Zheng-huan》 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Capital Aerospace Machinery Company,Beijing 100076,China Corresponding author,E-mail:jx04320@163.com ABSTRACT The ovality of shafts with light area reduction by cross wedge rolling was simulated by finite element software.The influ- ence of technological parameters on the ovality of rolled pieces was studied by the orthogonal regression of the numerical results.Results show that the influences of stretching angle and area reduction on the ovality of rolled pieces are significant,and the ovality of rolled pieces increases with the stretching angle increasing or the area reduction decreasing.However,the forming angle has little influence on the ovality of rolled pieces.The reasons for these influences were explained.Finally the reliability of the numerical results was veri- fied by rolling experiments. KEY WORDS cross wedge rolling:area reduction:ovality:technological parameters:finite element method;numerical analysis 小断面收缩率轴类零件，是指利用压缩毛坯直 究.本文通过对小断面收缩率轴类件楔横轧轧制的 径的塑性加工成形方法，使得零件成形前后横截面 有限元模拟和轧制实验，得出工艺参数对轧件椭圆 面积的缩减率小于35%的轴类零件.当使用楔横轧 度的影响规律，以及各参数对轧件椭圆度影响程度 工艺生产的轴类零件断面收缩率较小时，若工艺参 的主次，并对其影响原因进行解释 数选择不当，轧件的横截面会产生较大的椭圆化趋 势四.北京科技大学杨翠苹等回对楔横轧轧件断面 1有限元模型的建立 收缩率对金属流动的影响进行了研究，陈素莹等) 图1为轧件与轧辊模具的几何参数模型，图中 研究了楔横轧工艺参数对心部疏松的影响，日本学 α为成形角，B为展宽角，L为展开长度.轧辊与轧 者叶山益次郎0利用滑移线法对楔横轧最适宜的 件的基本参数为：轧件毛坯直径d。=40mm,模具展 加工条件进行了理论研究，吉林大学梁继才等)对 宽长度L=80mm,轧制温度T=1150℃，轧辊直径 楔横轧工艺成形阶梯轴类零件的加工界限进行了研 D=500mm,轧辊转速n=12rmin-l. 究.以上研究只是涉及了小断面收缩率轴类件的楔 针对楔横轧主要工艺参数成形角α、展宽角B 横轧成形，缺乏对该类轧件椭圆度较系统的理论研 和断面收缩率山对轧件椭圆度的影响进行研究，各 收稿日期：201103-27 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075030)第 34 卷 第 5 期 2012 年 5 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 5 May 2012 楔横轧小断面收缩率轴类件的椭圆度研究 孟令博1，2) 张康生1) 刘文科1) 胡正寰1) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 2) 首都航天机械公司，北京 100076 通信作者，E-mail: jx04320@ 163． com 摘 要 利用有限元软件对楔横轧成形小断面收缩率轴类件的椭圆度进行数值模拟，通过对数值模拟结果进行正交回归分 析，研究工艺参数对小断面收缩率轧件椭圆度的影响规律． 结果表明: 展宽角和断面收缩率对轧件椭圆度影响显著，展宽角越 大或断面收缩率越小，则轧件椭圆度越大; 当断面收缩率较小时，成形角对轧件椭圆度几乎没有影响． 并解释了各工艺参数对 轧件椭圆度影响的原因． 通过轧制实验，验证了数值模拟结果的可靠性． 关键词 楔横轧; 断面收缩率; 椭圆度; 工艺参数; 有限元法; 数值分析 分类号 TG335. 19 Ovality study of shafts with light area reduction by cross wedge rolling MENG Ling-bo 1，2) ，ZHANG Kang-sheng1) ，LIU Wen-ke 1) ，HU Zheng-huan1) 1) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Capital Aerospace Machinery Company，Beijing 100076，China Corresponding author，E-mail: jx04320@ 163． com ABSTRACT The ovality of shafts with light area reduction by cross wedge rolling was simulated by finite element software． The influ￾ence of technological parameters on the ovality of rolled pieces was studied by the orthogonal regression of the numerical results． Results show that the influences of stretching angle and area reduction on the ovality of rolled pieces are significant，and the ovality of rolled pieces increases with the stretching angle increasing or the area reduction decreasing． However，the forming angle has little influence on the ovality of rolled pieces． The reasons for these influences were explained． Finally the reliability of the numerical results was veri￾fied by rolling experiments． KEY WORDS cross wedge rolling; area reduction; ovality; technological parameters; finite element method; numerical analysis 收稿日期: 2011--03--27 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51075030) 小断面收缩率轴类零件，是指利用压缩毛坯直 径的塑性加工成形方法，使得零件成形前后横截面 面积的缩减率小于 35% 的轴类零件． 当使用楔横轧 工艺生产的轴类零件断面收缩率较小时，若工艺参 数选择不当，轧件的横截面会产生较大的椭圆化趋 势［1］． 北京科技大学杨翠苹等［2］对楔横轧轧件断面 收缩率对金属流动的影响进行了研究，陈素莹等［3］ 研究了楔横轧工艺参数对心部疏松的影响，日本学 者叶山益次郎［4］利用滑移线法对楔横轧最适宜的 加工条件进行了理论研究，吉林大学梁继才等［5］对 楔横轧工艺成形阶梯轴类零件的加工界限进行了研 究． 以上研究只是涉及了小断面收缩率轴类件的楔 横轧成形，缺乏对该类轧件椭圆度较系统的理论研 究． 本文通过对小断面收缩率轴类件楔横轧轧制的 有限元模拟和轧制实验，得出工艺参数对轧件椭圆 度的影响规律，以及各参数对轧件椭圆度影响程度 的主次，并对其影响原因进行解释． 1 有限元模型的建立 图 1 为轧件与轧辊模具的几何参数模型，图中 α 为成形角，β 为展宽角，L 为展开长度． 轧辊与轧 件的基本参数为: 轧件毛坯直径 d0 = 40 mm，模具展 宽长度 L = 80 mm，轧制温度 T = 1 150 ℃，轧辊直径 D = 500 mm，轧辊转速 n = 12 r·min － 1 ． 针对楔横轧主要工艺参数成形角 α、展宽角 β 和断面收缩率 ψ 对轧件椭圆度的影响进行研究，各 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.009