D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2002.01.043 第24卷第1期 北京科技大学学报 VoL24 No.1 2002年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2002 圆坯一次性横锻时的应力应变场 李胜祗”陈大宏》孙中建”李连诗) 1)安徽1业大学冶金工程系，马蔽山2430022)北京科技大学乐力加工系北京100083 情要用MARC/Autoforge有限元软件，对圆坯一次横锻过程进行了三维热一力耦合数值模 拟，研究了金属变形的发展、流动规律，其结果与物理棋拟研究的结果相吻合还分析了工件的 应力分布以及工具与工件的接触应力分布形态.通过分析发现：在圆坯一次性横锻过程中，尽 管工件端部静水压力不大，但存在较大的横向拉应力， 关鱸调圆坯：横锻；塑性变形；应力与应变：数值模拟：有限元法 分类号TG335.61 研究圆坯横锻过程的应力应变场对防止锻 形程度、变形速度和变形温度)的函数.这些材 件破裂产生，提高产品质量具有重要意义关于 料数据均由MARC/AutoForge的材料库中读取. 平板间压缩圆坯和横轧圆坯时的应力、应变，德 国的捷贝尔(Siebe)曾研究了平板间压缩圆柱体 平板 时的应力状态，定性地得出的结论为，在圆柱 体的中心产生压应力和拉应力，沿外力作用方 圆坯 向为压应力，垂直于外力方向为拉应力；日本的 加藤健三(Kato)所做的光塑性实验也得出同样 的结论.张作梅等研究了圆坯在横轧和一次性 横锻时的应变强度分布，结果表明：变形强度沿 圆坯断面直径的分布呈“两头大中间小”的形态 很显然，这两项实验研究仅仅是定性的，不能 给出具体的数据，因为物理模拟作为一种常规 研究手段无法确定工件在任意变形时空的真实 图1平板间压缩圆还 应力和应变因此，有必要用数值棋拟的手段对 Flg.1 Copressed round billet between Planes 平板间压缩圆坯和圆坯横轧时的应力、应变分 1.1单元划分 布作进一步的研究.本文用MARC/AutoForge软 利用轧件和变形区几何形状的对称性，取 件，对圆坯一次性横锻过程进行热力耦合分析， 坐标系第1象限内圆坯的1/8进行分析，如图2 研究应力、应变分布 1分析模型的建立 用平锤头横锻圆坯相当于在平板间快速压 缩圆坯，如图1.基本参数：上平板下压速度 -=700mm/s;圆坯尺寸d%×le=178mm×240mm, 材质为St45.材料的导热系数、热容、热膨胀系 数是随温度变化的，变形抗力是热力学参数（变 收稿日期2001-02-12李胜柢男，46岁，博士，散授 图2变形体的1/8在坐标系中的位量 ★安敢省教青厅置点科研计划项目资助(99R0178ZD) Flg.2 Position of 1/8 forging object第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 口勺 肠 时 忱卜 叫岁 跳 皿 匕 的 圆坯一次性横锻时的应力应变场 李胜抵 ” 陈大宏 ” 孙 中建 ” 李连诗 ” 安徽 业大学冶金工程系 马鞍山 北京科技大学压力加工系 ，北京 摘 要 用 哪 有限元软件 ， 对圆坯一 次横锻过程进行 了三 维热一力藕合数值模 拟 研究了金属变形 的发展 、 流动规律 ， 其结果 与物理棋拟研究的结果相吻合 还分析了 一 件的 应力分布以 及 工具与工件的接触应力分 布形 态 通 过分析发现 在 圆坯一 次性横锻过程 中 ， 尽 管工件端部静水压 力不 大 但存在较大的横向拉应力 关位词 圆坯 横锻 塑性变形 应力 与应 变 数值模拟 有限元法 分类号 一 研究圆坯横锻过程 的应 力应变场对 防止锻 件破 裂产生 ， 提高产 品 质量 具有重要意义 关于 平板 间压缩 圆坯和横轧圆坯 时的应力 、 应变 ， 德 国 的捷贝尔 曾研究 了平板间压缩圆柱体 时 的应 力状态 ‘，，， 定性地 得 出的结论为 ， 在 圆柱 体 的 中心 产生 压应 力和拉应 力 ， 沿外力作用 方 向为压应力 ， 垂直于外力方 向为拉应力 日本的 加藤健三 所做的光塑性实验冈也得 出同样 的结论 张作梅等研究 了 圆坯在横轧和一 次性 横锻 时 的应变强度 分布 ， 结果表明 变形强度 沿 圆坯 断面直径 的分布呈 “ 两头 大 中间小 ” 的形态 很 显 然 ， 这两项实 验研究 仅仅是定性 的 ， 不 能 给 出具体的数据 ， 因 为物理模拟作为一种 常规 研究手段无法确定工 件在任意变形时空的真实 应力 和应变 因此 ， 有必要 用数值模拟的手段 对 平板 间压缩 圆坯 和 圆坯横轧时的应力 、 应变分 布作进一 步的研究 本 文用 从 吨 软 件 ， 对 圆坯一次性横锻过 程进行热力祸合分析 ， 研究 应 力 、 应变分 布 形 程度 、 变形 速度 和变 形温度 的 函数 这些材 料数据均 由 人 。 的材料库 中读取 平板 圆坯 ︸ ︸ 、 、·… 。·，， 再· ，，，。 冲 、、，、‘ 圈 平 板 间压绷 口坯 细 ，目“ 姆 亡加柳 加 ， 单元划分 利用 轧件和变形 区几何形 状 的对称性 ， 取 坐 标 系第 象限 内圆坯 的 进行分析 ， 如 图 分析模型的建立 用平锤头横锻 圆坯相 当于在平板间快速压 缩 圆坯 ， 如 图 ， 基本 参数 上 平板下 压速度 订 圃坯 尺 寸硫 。 中 ， 材质 为 材料 的导 热 系数 、 热容 、 热膨胀 系 数是 随温度变化的 ， 变形抗 力是热力学参数 变 收稿 日期 刁 一 李胜 抵 男 ， 岁 ， 博士 ， 教授 安 徽省救育厅 点科研计划项 目资助 望刀 日日 户目口口尸 厂广 仁厂厂 广广「仁厂乙厂 日广碑叫 厂口口口口 口口口口 二 口 口 口口 口 口 口个 圈 变形体的 在坐标 系 中的位 姐 加 花 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．01．043