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