·1170· 工程科学学报，第38卷，第8期 料头 471256 导板 模具 轧件 图5楔横轧空心零件模拟结果 Fig.5 Simulation result of CWR hollow workpieces 2.2试验验证 在实验室的H630楔横轧机上，进行了正轧空心 零件的轧制试验，试验采用与有限元模拟一致的轧制 条件，得到的轧件如图6所示.轧件剖面图显示的壁 图4楔横轧空心零件有限元模型 厚变化与有限元模拟是一致的，随着压下量的增加，壁 Fig.4 Finite element model of CWR hollow workpieces 厚有所增加，但是在轧件的轴肩位置P处出现了显著 21.67%.空心轴通常工作在复杂重载的工作条件下， 的壁厚减薄，最薄的壁厚为4.62mm,与有限元模拟结 这种局部的壁厚减薄显著降低了轧件的抗弯和抗扭 果接近.轧制试验证实本文建立的有限元模型是可 能力. 靠的 图6正轧试验轧件 Fig.6 Experiment workpiece of normal rolling 2.3空心轧件轴肩壁厚减薄原因 拉伸.轧件周向被压缩、直径减小，使得周向斜楔作用 追踪空心零件的成形过程，发现这种壁厚减薄现 区域都是压缩应变.而轴向则由于径向和周向压缩变 象的出现，始于成形过程的楔入阶段 形产生拉伸变形，轴肩顶部位置因金属的轴向流动受 图7显示轧件正轧楔入时刻的应力场情况.此 阻而被压缩.综上所述，根据体积不变原理，轧件在楔 时，在模具楔尖的作用下，轧件上下变形区一“V”形 尖位置由于径向和周向被压缩，轴向被拉伸而发生壁 区域附近发生变形.“V”形区中部径向应力主要是压 厚减薄. 应力，由接触表面向内壁逐渐减小“V”形区两侧的轴 图9是轧件两个不同阶段的轴向位移分布. 肩有较小的拉应力.周向应力随“V”形区形状压应力 图9()是楔入阶段的情况，以楔入位置为界，金属向楔 由外壁表面向内壁逐渐减小.轴向应力内外差别显 两侧流动，尤其在轧件内壁附近趋势更明显.楔入位置 著，由外壁表面显著的压应力过渡到内表面显著的拉 内侧A处，由于没有邻近的金属对其进行补充，壁厚减 应力.因此轧件“V”形变形区域的应力特征是：由于 薄明显.楔入位置外侧B处，轧件展宽方向与金属轴向 被模具压缩，轧件与模具接触的外壁附近是压应力. 流动方向一致，且内壁附近的金属轴向位移显著的大于 被压缩金属的轴向流动，带动内壁变形，从而内壁附近 外壁，使楔入过程减薄的壁厚有金属补充，所以该位置 产生拉应力. 的壁厚减薄不明显.图9(b)是轧件展宽过程轧件的轴 图8显示轧件正轧楔入时刻的应变场情况.在楔 向位移分布，随着轧件的轴向展宽，轧件外侧由于内壁 尖的压缩作用下，径向应变在楔尖位置的“V”形区底 金属的轴向流动显著大于外壁，使内壁附近金属不断地 部由外到内都是压缩变形，带动两侧轴肩位置被向内 对C处进行补充，壁厚出现增加的趋势，工程科学学报，第 38 卷，第 8 期 图 4 楔横轧空心零件有限元模型 Fig． 4 Finite element model of CWＲ hollow workpieces 21. 67% ． 空心轴通常工作在复杂重载的工作条件下， 这种局部的壁厚减薄显著降低了轧件的抗弯和抗扭 能力． 图 5 楔横轧空心零件模拟结果 Fig． 5 Simulation result of CWＲ hollow workpieces 2. 2 试验验证 在实验室的 H630 楔横轧机上，进行了正轧空心 零件的轧制试验，试验采用与有限元模拟一致的轧制 条件，得到的轧件如图 6 所示． 轧件剖面图显示的壁 厚变化与有限元模拟是一致的，随着压下量的增加，壁 厚有所增加，但是在轧件的轴肩位置 P 处出现了显著 的壁厚减薄，最薄的壁厚为 4. 62 mm，与有限元模拟结 果接近． 轧制试验证实本文建立的有限元模型是可 靠的． 图 6 正轧试验轧件 Fig． 6 Experiment workpiece of normal rolling 2. 3 空心轧件轴肩壁厚减薄原因 追踪空心零件的成形过程，发现这种壁厚减薄现 象的出现，始于成形过程的楔入阶段． 图 7 显示轧件正轧楔入时刻的应力场情况． 此 时，在模具楔尖的作用下，轧件上下变形区———“V”形 区域附近发生变形． “V”形区中部径向应力主要是压 应力，由接触表面向内壁逐渐减小，“V”形区两侧的轴 肩有较小的拉应力． 周向应力随“V”形区形状压应力 由外壁表面向内壁逐渐减小． 轴向应力内外差别显 著，由外壁表面显著的压应力过渡到内表面显著的拉 应力． 因此轧件“V”形变形区域的应力特征是: 由于 被模具压缩，轧件与模具接触的外壁附近是压应力． 被压缩金属的轴向流动，带动内壁变形，从而内壁附近 产生拉应力． 图 8 显示轧件正轧楔入时刻的应变场情况． 在楔 尖的压缩作用下，径向应变在楔尖位置的“V”形区底 部由外到内都是压缩变形，带动两侧轴肩位置被向内 拉伸． 轧件周向被压缩、直径减小，使得周向斜楔作用 区域都是压缩应变． 而轴向则由于径向和周向压缩变 形产生拉伸变形，轴肩顶部位置因金属的轴向流动受 阻而被压缩． 综上所述，根据体积不变原理，轧件在楔 尖位置由于径向和周向被压缩，轴向被拉伸而发生壁 厚减薄． 图 9 是轧件两个不同阶段的轴向位移分布． 图 9( a) 是楔入阶段的情况，以楔入位置为界，金属向楔 两侧流动，尤其在轧件内壁附近趋势更明显． 楔入位置 内侧 A 处，由于没有邻近的金属对其进行补充，壁厚减 薄明显． 楔入位置外侧 B 处，轧件展宽方向与金属轴向 流动方向一致，且内壁附近的金属轴向位移显著的大于 外壁，使楔入过程减薄的壁厚有金属补充，所以该位置 的壁厚减薄不明显． 图 9( b) 是轧件展宽过程轧件的轴 向位移分布，随着轧件的轴向展宽，轧件外侧由于内壁 金属的轴向流动显著大于外壁，使内壁附近金属不断地 对 C 处进行补充，壁厚出现增加的趋势． · 0711 ·