第8期 贾震等：楔横轧一次楔大断面收缩率成形机理 。1049。 减小时，这种趋势增强.因而可得在展宽角B较大、 成形角α较小时，轧件变形接触区轴向受力接近于 平衡状态，不需要轧件杆部承受大的轴向平衡拉力， 因此可以轧制出较大断面收缩率的轧件， 504 图10模拟轧制得到的超大断面收缩率轧件（断面收缩率为 91%.其坯料直径40mm,轧后杆部直径12mm) N/[(eaW/ 40 Fig.10 Great heavy section shrinkage wokpiece by simulat ion (the ● section shrinkage is 91%,the blank's diameter is 40 mm before 30 是 roling and 12mm after rolling) 20 a=18 ◆0《=22° 。-a=26° 2.22轧制过程中杆部轴向力分析 10 图11为轧辊所受轴向力.作为对比，计算了有 6 78 限元完整模型，其轴向轧制力基本为零.由此可知， 展宽角.B/() 模具轴对称面所受轴向压力即为轧件杆部对称截面 图8∑F2与B的函数关系 上所受轴向拉力. Fg Function relat ionship betwead B4.5 -B-6.5 25 22有限元数值模拟分析杆部轴向力) 8.5° 20 为验证上述展宽角阝与轧制接触区轴向合力 完整模型 达到平衡的关系，利用有限元数值模拟的方法，对轧 件杆部对称截面轴向应力进行分析. 10 22.1建立有限元模型1 为节省运算时间，考虑模型的对称性，取其一半 建立轧制模型（图9）.用deform-3D软件按照表2 时间s 工况模拟楔横轧轧制过程.图10为模拟所得的超 大断面收缩率轧件. 图11轧辊所受轴向力 Fig.11 Axial force on mollers 通过图11可得，在展宽过程中，展宽角B越大， 轧件对称面所受轴向拉力越小.由于展宽过程中三 3 个工况杆部截面相等，因此展宽角3越大，展宽过 程中杆部的轴向平均拉应力也越小，故轧件杆部不 容易发生缩颈.但是，B不可过大，否则不利于轧制 过程中轧件旋转. 图9大断面收缩率轧制有限元模型.1一上轧辊：2一下轧辊： 3结论 3一后导板：4一前导板：5一轧件 Fig.9 Firite clement model of heavy section shrinkage roling:1- (1)楔横轧一次楔成形方法可以轧制出断面收 up rollen 2-dwn roller:3-back guide board:4-front guide 缩率超过75%的轧件，在适当条件下可轧制出断面 board;5-workpicce 收缩率为97.7%的超大断面收缩率轧件. 表2数值模拟工况 (2)大断面收缩率轧件可以成形的原因是变形 Table 2 Working conditions for numerical simulat ion 接触区轴向受力接近平衡状态，使轧件杆部所受轴 成形角， 展宽角， 工况序号 展宽量 断面 向拉应力较小，杆部不易发生缩颈 a叫() B/C) L/mm 收缩率/% (3)较小的成形角、较大的展宽角有利于超大 18 45 5 813 断面收缩率轧件成形. 18 6.5 63 813 参考文献 18 8.5 63 81.3 【刂HuZH。Zhang K S.Wang B Y.et al Theory and Appliction减小时 ,这种趋势增强.因而可得在展宽角 β 较大 、 成形角 α较小时, 轧件变形接触区轴向受力接近于 平衡状态 ,不需要轧件杆部承受大的轴向平衡拉力 , 因此可以轧制出较大断面收缩率的轧件 . 图 8 ∑ FZ 与β 的函数关系 Fig.8 Function relationship betw een ∑FZ and β 2.2 有限元数值模拟分析杆部轴向力 [ 6-7] 为验证上述展宽角 β 与轧制接触区轴向合力 达到平衡的关系 ,利用有限元数值模拟的方法 ,对轧 件杆部对称截面轴向应力进行分析 . 2.2.1 建立有限元模型[ 8-11] 为节省运算时间 ,考虑模型的对称性,取其一半 建立轧制模型(图 9).用 deform-3D 软件按照表 2 工况模拟楔横轧轧制过程.图 10 为模拟所得的超 大断面收缩率轧件. 图9 大断面收缩率轧制有限元模型.1—上轧辊;2—下轧辊; 3—后导板;4—前导板;5—轧件 Fig.9 Finite element model of heavy section sh rinkage rolling :1— up roller;2—dow n roller ;3—back guide board;4—front guide board;5—workpiece 表 2 数值模拟工况 Table 2 Working conditions for numerical simulation 工况序号 成形角, α/(°) 展宽角, β/(°) 展宽量, L/ mm 断面 收缩率/ % 1 18 4.5 63 81.3 2 18 6.5 63 81.3 3 18 8.5 63 81.3 图 10 模拟轧制得到的超大断面收缩率轧件(断面收缩率为 91%, 其坯料直径 40 mm , 轧后杆部直径 12 mm) Fig.10 Great heavy section shrinkage w okpiece by simulation (the section shrinkage is 91%, the blank' s diamet er is 40 mm before rolling and 12 mm after rolling) 2.2.2 轧制过程中杆部轴向力分析 图 11 为轧辊所受轴向力 .作为对比 ,计算了有 限元完整模型 ,其轴向轧制力基本为零 .由此可知, 模具轴对称面所受轴向压力即为轧件杆部对称截面 上所受轴向拉力. 图11 轧辊所受轴向力 Fig.11 Axial force on rollers 通过图 11 可得 ,在展宽过程中 ,展宽角 β 越大, 轧件对称面所受轴向拉力越小.由于展宽过程中三 个工况杆部截面相等 ,因此展宽角 β 越大, 展宽过 程中杆部的轴向平均拉应力也越小, 故轧件杆部不 容易发生缩颈 .但是 , β 不可过大 , 否则不利于轧制 过程中轧件旋转. 3 结论 (1)楔横轧一次楔成形方法可以轧制出断面收 缩率超过 75 %的轧件 ,在适当条件下可轧制出断面 收缩率为 97.7 %的超大断面收缩率轧件 . (2)大断面收缩率轧件可以成形的原因是变形 接触区轴向受力接近平衡状态, 使轧件杆部所受轴 向拉应力较小,杆部不易发生缩颈. (3)较小的成形角 、较大的展宽角有利于超大 断面收缩率轧件成形. 参 考 文 献 [ 1] Hu Z H , Zhang K S , Wang B Y, et al.Theory and Ap pli ca tion 第 8 期 贾 震等:楔横轧一次楔大断面收缩率成形机理 · 1049 ·