D01:10.133741.ism1001053x.2009.08.0I3 第31卷第8期 北京科技大学学报 Vol.31 No.8 2009年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2009 楔横轧一次楔大断面收缩率成形机理 贾 震张康生杨翠苹胡正寰 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要为研究大断面收缩率轴类件楔横轧成形问题做了楔横轧一次楔成形极限实验.发现楔横轧一次楔轴向拉断成形极 限可以远大于通常公认的75%界限.实验中成功轧制出断面收缩率为97.7%的超大断面收缩率轧件.推导了轧件轧制接触 区轴向合力公式，利用有限元数值模拟方法分析了杆部对称截面轴向应力，揭示出楔横轧一次楔大断面收缩率可以成形的原 因，即在适当条件下轧件变形接触区轴向受力接近于平衡，轧件杆部所受轴向拉应力较小所致. 关键词楔横轧：大变形：断面收缩率；有限单元法 分类号TG335.19 Forming principle of heavy section shrinkage cross wedge rolling by single wedge JIA Zhen.ZHANG K ang-sheng,YANG Cui-ping,HU Zheng-huan School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACT To study the deformation of heavy section shrinkage cross wedge rolling,experiments with section shrinkages much larger than 75%.w hich is usually regarded as the section shrinkage limit of single wedge in cross wedge rolling were done In the ex periments,a work piece w hose section shrinkage is 97.7%was successfully mlled.A formula of resultant axial force on the contact zone of the work piece w as deduced.Axial stress in the symmetrical section of the rod part w as analyzed by the threedimensional fi- nite element method.The reason that the heavy section shrinkage can be rolled by single wedge is that under proper conditions the ax- ial forces on the contact zone of the work piece are nearly in an equilibrium state and thus the axial tensile stress on the rod part of the workpiece is reduced. KEY WORDS cross wedge rolling:large deformation;area reduction;finite dement method 楔横轧轧制回转体零件作为一种高效、节材及 限到.吉林大学梁继才等用上限法、能量法进行了 近净制造技术应用越来越广泛川.大断面收缩率零 楔横轧成形阶梯轴类件拉断理论分析，上述学者 件成形作为其中较特殊的一种形式也有着广阔的应 主要是在理论上推导求解加工界限和研究杆部缩颈 用前景.大断面收缩率轧制是指断面收缩率大于 问题，所涉及的断面收缩率没有超过75%.本文为 75%的楔横轧轧制.一般认为单次楔入轧制断面收 探索楔横轧一次楔成形能否进行更大断面收缩率的 缩率不能大于75%，否则容易发生轴类件杆部拉细 轧制进行了实验并运用有限元数值模拟和数学解析 拉断现象.超过75%一般采用二次或多次楔成形方 方法对实验结果进行了分析 法但采用多次楔轧制容易造成心部质量缺陷， 1轧制实验 限制了大断面收缩率产品的开发与应用. 国内外学者对楔横轧发生拉断或缩颈现象都曾 为研究轧件杆部发生缩颈时的楔横轧极限断面 做过研究.日本学者叶山益次郎通过物理实验、数 收缩率与其他参数之间的关系进而确定加工界限， 学推导等方法研究了杆部表面缺陷决定的加工界 在北京科技大学零件轧制中心H500轧机上进行了 收稿日期：200810-24 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50575023,50435010):国家科技支持计划资助项目No.2006BAF04B03):高等学校博士学科点专 项科研基金资助项目(No.20050008024) 作者简介：贾震(1980一，男.博士研究生：张康生(1952一），男.研究员，博士生导师，E-maik zhang.ks(@me.usth.du.m楔横轧一次楔大断面收缩率成形机理 贾 震 张康生 杨翠苹 胡正寰 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 摘 要 为研究大断面收缩率轴类件楔横轧成形问题, 做了楔横轧一次楔成形极限实验.发现楔横轧一次楔轴向拉断成形极 限可以远大于通常公认的 75 %界限, 实验中成功轧制出断面收缩率为 97.7 %的超大断面收缩率轧件.推导了轧件轧制接触 区轴向合力公式, 利用有限元数值模拟方法分析了杆部对称截面轴向应力, 揭示出楔横轧一次楔大断面收缩率可以成形的原 因, 即在适当条件下轧件变形接触区轴向受力接近于平衡, 轧件杆部所受轴向拉应力较小所致. 关键词 楔横轧;大变形;断面收缩率;有限单元法 分类号 TG335.19 Forming principle of heavy section shrinkage cross wedge rolling by single wedge JIA Zhen , ZHANG Kang-sheng , YANG Cui-ping , HU Zheng-huan S chool of Mechanical Engineering , University of S cience and Technology Beijing , Beijing 100083 , China ABSTRACT To study the deformation of heav y section shrinkage cross wedge rolling , ex periments with section shrinkages much larger than 75 %, w hich is usually regarded as the sectio n shrinkage limit of single wedge in cross wedge rolling , were done.I n the ex periments, a wo rk piece w hose section shrinkage is 97.7% was successfully ro lled.A formula of resultant axial force on the contact zone of the w ork piece w as deduced.Axial stress in the symmetrical section of the rod part w as analyzed by the three-dimensio nal fi￾nite element method.The reason that the heavy section shrinkage can be rolled by single wedge is that under proper conditio ns the ax￾ial forces on the co ntact zone of the wo rk piece are nearly in an equilibrium state , and thus the axial tensile stress on the rod part of the wor k-piece is reduced. KEY WORDS cross w edge rolling ;large deformation ;area reduction ;finite element method 收稿日期:2008-10-24 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No .50575023 , 50435010);国家科技支持计划资助项目(No .2006BAF04B03);高等学校博士学科点专 项科研基金资助项目(No .20050008024) 作者简介:贾 震(1980—), 男, 博士研究生;张康生(1952—), 男, 研究员, 博士生导师, E-mail:zhang .k s@me .ustb.edu.cn 楔横轧轧制回转体零件作为一种高效、节材及 近净制造技术应用越来越广泛 [ 1] .大断面收缩率零 件成形作为其中较特殊的一种形式也有着广阔的应 用前景.大断面收缩率轧制是指断面收缩率大于 75 %的楔横轧轧制.一般认为单次楔入轧制断面收 缩率不能大于 75 %,否则容易发生轴类件杆部拉细 拉断现象 .超过 75 %一般采用二次或多次楔成形方 法,但采用多次楔轧制容易造成心部质量缺陷[ 2] , 限制了大断面收缩率产品的开发与应用 . 国内外学者对楔横轧发生拉断或缩颈现象都曾 做过研究.日本学者叶山益次郎通过物理实验 、数 学推导等方法研究了杆部表面缺陷决定的加工界 限[ 3] .吉林大学梁继才等用上限法 、能量法进行了 楔横轧成形阶梯轴类件拉断理论分析[ 4] .上述学者 主要是在理论上推导求解加工界限和研究杆部缩颈 问题 ,所涉及的断面收缩率没有超过 75 %.本文为 探索楔横轧一次楔成形能否进行更大断面收缩率的 轧制进行了实验并运用有限元数值模拟和数学解析 方法对实验结果进行了分析 . 1 轧制实验 为研究轧件杆部发生缩颈时的楔横轧极限断面 收缩率与其他参数之间的关系进而确定加工界限, 在北京科技大学零件轧制中心 H500 轧机上进行了 第 31 卷 第 8 期 2009 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.8 Aug.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.08.013