。150 北京科技大学学报 2007年增刊2 为0，且呈现波浪式周期性变化，这是由于上下轧辊 参数下，偏心轴楔横轧的轴向力峰值比同心楔横轧 轧件的不对称性轧制力造成的.而同心轴类零件楔 的轴向力峰值大而大的轴向力更容易导致轧件内 横轧轧制成形，上下轧辊对轧件轧制区的横向合力 部出现疏松 和径向合力均为0. 3非轧制区接触力及对成形的影响 当平行于轧制轴线剖开时，其轧制区纵截面受 力分析如图10所示.由式(3)可知，无论是径向还 是横向，其轧制区的径向合力与横向合力均不为0： 为了平衡轧制区不为0的横向合力Fx和径向合力 1.01.52.0 2.5 F,上轧辊或下轧辊必须对轧件的非轧制区施加大 s 小相等、方向相反的接触力FexFey,即： 图7偏心轴楔横轧轧制区横向合力 Fcx=-Frx=-(Px十Tx) 4) Fgy=一F=一(Py十Tw) 0 偏心轴类零件楔横轧轧制的非轧制区接触力 Fx、Fg对偏心轴的轧制产生十分重要的影响，主 要体现在以下三个方面： 2 2 图8偏心轴类零件楔横轧径向合力 2.3轴向力 图9所示为偏心轴类零件与同心轴类零件楔横 轧轧制成形中上下轧辊对轧件轧制区的轴向力对比 图10偏心轴楔横思纵截面受力分析图 图.从图中可以看出：同轧制力类似，对于同心轴类 (1)不为0的径向、横向非轧制区接触力必然产 零件楔横轧轧制成形，上下轧辊对轧件的轴向力相 生一个摩擦力，这会进一步恶化轧件的旋转条件. 等：而对于偏心轴类零件楔横轧轧制成形，上下轧辊 (2)不为0的径向、横向非轧制区接触力会使轧 对轧件的轴向力不同，因而偏心轴类零件楔横轧容 件的旋转中心发生串动，这会影响轧辊与轧件的正 易出现轴向串动的现象.从图中还可以看出：相同 常共扼运动关系，进而进一步降低轧件的几何成形 (a) 质量. (3)轧件的几何成形质量问题、旋转条件问题又 进一步影响偏心轴类零件楔横轧的轧制偏心极限问 题 4结论 0 0 利用有限元和理论分析手段对偏心轴类零件楔 横轧轧制成形的轧制力进行了研究，得到以下结论： 一上模具 一下模具 (1)上下轧辊对轧件轧制区的轧制力呈现波浪 式周期性变化趋势，且同一时刻其大小不相等 (2)上下轧辊对轧件的轴向力不相等，因而导致 轧件在轧制过程中出现轴向串动：且其峰值相对同 0.5 0 1.5 2.0 2.5 心楔横轧更大因而更容易导致轧件内部出现疏松. s (3)不为0的径向、横向非轧制区接触力，会使 图9（偏心轴类零件和(b)同心轴类零件楔横轧轴向力对比 轧件的原始坯料直径处会与导板甚至轧辊发生接 触、挤压，进而恶化轧件的旋转条件和降低轧件的为 0, 且呈现波浪式周期性变化, 这是由于上下轧辊 轧件的不对称性轧制力造成的 .而同心轴类零件楔 横轧轧制成形, 上下轧辊对轧件轧制区的横向合力 和径向合力均为 0 . 图 7 偏心轴楔横轧轧制区横向合力 图 8 偏心轴类零件楔横轧径向合力 图 9 ( a) 偏心轴类零件和( b) 同心轴类零件楔横轧轴向力对比 2.3 轴向力 图 9 所示为偏心轴类零件与同心轴类零件楔横 轧轧制成形中上下轧辊对轧件轧制区的轴向力对比 图.从图中可以看出:同轧制力类似, 对于同心轴类 零件楔横轧轧制成形, 上下轧辊对轧件的轴向力相 等;而对于偏心轴类零件楔横轧轧制成形, 上下轧辊 对轧件的轴向力不同, 因而偏心轴类零件楔横轧容 易出现轴向串动的现象.从图中还可以看出 :相同 参数下, 偏心轴楔横轧的轴向力峰值比同心楔横轧 的轴向力峰值大, 而大的轴向力更容易导致轧件内 部出现疏松 . 3 非轧制区接触力及对成形的影响 当平行于轧制轴线剖开时, 其轧制区纵截面受 力分析如图 10 所示 .由式( 3) 可知, 无论是径向还 是横向, 其轧制区的径向合力与横向合力均不为 0 ; 为了平衡轧制区不为 0 的横向合力 F r x和径向合力 F ry , 上轧辊或下轧辊必须对轧件的非轧制区施加大 小相等 、方向相反的接触力 Fc x 、F cy , 即: F c x =-F r x =-( Pr x +T rx ) F cy =-F ry =-( Pry +T ry ) ( 4) 偏心轴类零件楔横轧轧制的非轧制区接触力 Fc x 、F cy对偏心轴的轧制产生十分重要的影响, 主 要体现在以下三个方面 : 图 10 偏心轴楔横思纵截面受力分析图 ( 1)不为 0 的径向 、横向非轧制区接触力必然产 生一个摩擦力, 这会进一步恶化轧件的旋转条件 . ( 2)不为 0 的径向 、横向非轧制区接触力会使轧 件的旋转中心发生串动, 这会影响轧辊与轧件的正 常共扼运动关系, 进而进一步降低轧件的几何成形 质量. ( 3)轧件的几何成形质量问题、旋转条件问题又 进一步影响偏心轴类零件楔横轧的轧制偏心极限问 题 . 4 结论 利用有限元和理论分析手段对偏心轴类零件楔 横轧轧制成形的轧制力进行了研究, 得到以下结论: ( 1) 上下轧辊对轧件轧制区的轧制力呈现波浪 式周期性变化趋势, 且同一时刻其大小不相等. ( 2)上下轧辊对轧件的轴向力不相等, 因而导致 轧件在轧制过程中出现轴向串动;且其峰值相对同 心楔横轧更大, 因而更容易导致轧件内部出现疏松. ( 3)不为 0 的径向、横向非轧制区接触力, 会使 轧件的原始坯料直径处会与导板甚至轧辊发生接 触 、挤压, 进而恶化轧件的旋转条件和降低轧件的 · 150 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 2