第4期 丁韡等：楔横轧等内径空心轴的热力耦合数值模拟 ·529 楔入段有一个温度的突降.卫~不在展宽区域 压技术，2005（增刊）：51) 内，轧件与环境空气进行的热辐射、对流换热占主导 31 He B I,Xu X E Zhao LZ DieMateral&Surface Hardening Technue Beijing Chemical Industry Press 2009 73 地位，温度基本上一直呈近似线性下降趋势.由图 (何柏林，徐先锋，赵龙志。模具材料及表面强化技术.北京： 10也可以看到，由于芯棒的原因造成内表面散热条 化学工业出版社，200973) 件比外表面差，因此内表面特征点温度要高于外 【4 LinHG HuoS P Ma SM APplicat知Manual ofDeMateral 表面. 2nd Ed Beijing Chira Machine Press 2004 14 236.590 (林慧国，火树鹏.马绍弥.模具材料应用手册.2版.北京：机 3结论 械工业出版社.200414236590) [5 W erhemerTB ThemalMechanically Coupld Am ysis n Meml (1)轧件受径向压缩，纵向变形大于横向变形， Foming Pooces Swansea Pnerdge PressL 1982 425 横向直径压缩滞后，同时外层金属向纵向和横向的 Ying FQ Pan BS Ana lysis on kmperauure distrbution in cross 流动拉动内层金属而在内外表面产生的纵向压应力 wedge olling Processw ith finite e km entmethod JMa ter Process 和横向拉应力状态，是轧件变形过程中横截面出现 Techno]207(187/18):392 椭圆化的原因. [7 HeT Wang BY Hu ZH ThemaLmechanical coupled smuk tion of hconel718 alby cross wedge rolling JPlst Eng 2008 (2)金属沿轴向和径向的流动受轧件沿轴向未 15(3片157 变形部分金属的阻碍作用，在轴向引起金属堆积.这 (何涛，王宝雨，胡正襄.incone1718合金楔横轧成形热力耦 是轧件外表面轴肩部分产生隆起的原因，并拉动内 合模拟.塑性工程学报，200815(3)：157) 表面金属在靠近台阶处产生凹陷. [8 LiSZ SunZ J LiL 3-D coupled themamechanical ana ysis (3)轧制过程中，轧件与轧辊的接触热传导、塑 of the tbe oound durng wa ooll otary olling process JUnivSci 性功及摩擦产生的热能与轧件对环境空气的对流换 Technol Beijng 2000 22(1):52 热和热辐射之间的平衡关系，是造成轧件温度变化 (李胜柢，孙中建，李连诗.实心坯二辊斜轧过程三维热一力 耦合分析.北京科技大学学报，200022(1)：52) 的原因. I9 HuZH ZhangK W ang B Y et al The Fom ing Tehnokgy (4)由应力、应变场及温度场的分析可知，芯棒 and Smu la ton of Shaftsw ith CrossW edge Rolling Beijing Met 对轧件的成形起重要的影响作用. allg ical Indust亚Pe52004104 (胡正囊，张康生，王宝雨，等.楔横轧零件成形技术与模拟仿 真.北京：治金工业出版社，2004104) 参考文献 10 Ma ZH Hu ZH YangC P et a]Defmation chamc ter and 【刂Chen EP YangYM WangMT et al Compare and analysis of aa pysis of stess and stmin durng ste tching stage for crosswedge the foming process of holkw partw ith mandril and witloutm andril rolling J Univ SciTechnolBeijng 2002 24(3):309 by3-oll cxosswedge rolling J Plast Eng 2008 15(4):81 (马振海，胡正寰，杨翠苹，等.楔横轧展宽段的变形特征与 (陈恩平，杨永明，王敏婷，等.空心件带芯棒轧制与空心轧 应力应变分析.北京科技大学学报，200224(3)：309) 制成形过程的比较分析.塑性工程学报，200815(4)：81) [1 XingX D Shu X D Hu Z H Fnite ekment analysis of stress [2 XuG C RenG Qu YM Coss wedge rolling pr fom nghol and sta n during ste tching stage fr multiwedge cross wedge bw part with equal imer dismeter Fog Stamp Technol 2005 rolling MetallEquip 2004(5):24 (S9pp:51 (邢希东，束学道，胡正寰。楔横轧多楔轧制展宽段应力与应 (徐广春，任广升，邱永明。等内径管形件的楔横轧工艺.锻 变有限元分析.治金设备，2004(5)：24第 4期 丁 韡等:楔横轧等内径空心轴的热力耦合数值模拟 楔入段有一个温度的突降 .P5 ～ P7 不在展宽区域 内, 轧件与环境空气进行的热辐射、对流换热占主导 地位, 温度基本上一直呈近似线性下降趋势.由图 10也可以看到, 由于芯棒的原因造成内表面散热条 件比外表面差, 因此内表面特征点温度要高于外 表面. 3 结论 ( 1) 轧件受径向压缩, 纵向变形大于横向变形, 横向直径压缩滞后, 同时外层金属向纵向和横向的 流动拉动内层金属而在内外表面产生的纵向压应力 和横向拉应力状态, 是轧件变形过程中横截面出现 椭圆化的原因. ( 2) 金属沿轴向和径向的流动受轧件沿轴向未 变形部分金属的阻碍作用, 在轴向引起金属堆积, 这 是轧件外表面轴肩部分产生隆起的原因, 并拉动内 表面金属在靠近台阶处产生凹陷. ( 3) 轧制过程中, 轧件与轧辊的接触热传导、塑 性功及摩擦产生的热能与轧件对环境空气的对流换 热和热辐射之间的平衡关系, 是造成轧件温度变化 的原因 . ( 4) 由应力 、应变场及温度场的分析可知, 芯棒 对轧件的成形起重要的影响作用. 参 考 文 献 [ 1] ChenEP, YangYM, WangMT, etal.Compareandanalysisof theformingprocessofhollowpartwithmandrilandwithoutmandril by3-rollcrosswedgerolling.JPlastEng, 2008, 15( 4 ) :81 (陈恩平, 杨永明, 王敏婷, 等.空心件带芯棒轧制与空心轧 制成形过程的比较分析.塑性工程学报, 2008, 15( 4) :81) [ 2] XuGC, RenGS, QiuYM.Crosswedgerollingforforminghol￾lowpartwithequalinnerdiameter.ForgStampTechnol, 2005 (Suppl) :51 (徐广春, 任广升, 邱永明.等内径管形件的楔横轧工艺.锻 压技术, 2005(增刊 ) :51) [ 3] HeBL, XuXF, ZhaoLZ.DieMaterial＆ SurfaceHardening Technique.Beijing:ChemicalIndustryPress, 2009:73 (何柏林, 徐先锋, 赵龙志.模具材料及表面强化技术.北京: 化学工业出版社, 2009:73) [ 4] LinHG, HuoSP, MaSM.ApplicationManualofDieMaterial. 2ndEd.Beijing:ChinaMachinePress, 2004:14, 236, 590 (林慧国, 火树鹏, 马绍弥.模具材料应用手册.2版.北京:机 械工业出版社, 2004:14, 236, 590) [ 5] WertheimerTB.ThermalMechanicallyCoupledAnalysisinMetal FormingProcess.Swansea:PineridgePressLtd, 1982:425 [ 6] YingFQ, PanBS.Analysisontemperaturedistributionincross wedgerollingprocesswithfiniteelementmethod.JMaterProcess Technol, 2007 ( 187/188 ) :392 [ 7] HeT, WangBY, HuZH.Thermal-mechanicalcoupledsimula￾tionofInconel718 alloycrosswedgerolling.JPlastEng, 2008, 15( 3 ):157 (何涛, 王宝雨, 胡正寰.Inconel718合金楔横轧成形热力耦 合模拟.塑性工程学报, 2008, 15 ( 3) :157) [ 8] LiSZ, SunZJ, LiLS.3-Dcoupledthermo-mechanicalanalysis ofthetuberoundduringtwo-rollrotaryrollingprocess.JUnivSci TechnolBeijing, 2000, 22( 1) :52 (李胜祗, 孙中建, 李连诗.实心坯二辊斜轧过程三维热 -力 耦合分析.北京科技大学学报, 2000, 22 ( 1) :52) [ 9] HuZH, ZhangKS, WangBY, etal.TheFormingTechnology andSimulationofShaftswithCrossWedgeRolling.Beijing:Met￾allurgicalIndustryPress, 2004:104 (胡正寰, 张康生, 王宝雨, 等.楔横轧零件成形技术与模拟仿 真.北京:冶金工业出版社, 2004:104) [ 10] MaZH, HuZH, YangCP, etal.Deformationcharacterand analysisofstressandstrainduringstretchingstageforcrosswedge rolling.JUnivSciTechnolBeijing, 2002, 24( 3) :309 (马振海, 胡正寰, 杨翠苹, 等.楔横轧展宽段的变形特征与 应力应变分析.北京科技大学学报, 2002, 24( 3) :309) [ 11] XingXD, ShuXD, HuZH.Finiteelementanalysisofstress andstrainduringstretchingstageformulti-wedgecrosswedge rolling.MetallEquip, 2004( 5) :24 (邢希东, 束学道,胡正寰.楔横轧多楔轧制展宽段应力与应 变有限元分析.冶金设备, 2004 ( 5) :24) · 529·