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D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.0L.014 第29卷第1期 北京科技大学学报 Vol.29 No.1 2007年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2007 楔横轧多楔成形汽车半轴力能参数的影响因素分析 赵静2)束学道)胡正寰) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)山东理工大学轻工学院，淄博255049 摘要轧制力和轧制力矩是楔横轧汽车半轴轧机设计中的重要参数，由于楔横轧多楔成形半轴时主楔和侧楔之间相互制 约，轧制过程中轧制力和轧制力矩的变化复杂.针对典型汽车半轴，采用LS-DYNA有限元软件，对楔横轧多楔轧制汽车半轴 进行了数值模拟，获得了轧制过程中各因素对轧制力和轧制力矩的影响规律. 关键词楔横轧：多楔；汽车半轴：轧制力：轧制力矩 分类号TG335.19 随着我国汽车工业的飞速发展，汽车半轴的需 求量越来越大，传统加工方法由于存在效率低、材料 995 105. 1078 利用率低、投资大等缺点，不能满足汽车半轴经济化 生产和市场需求叮.楔横轧多楔精密成形汽车半轴 图1汽车半轴尺寸 的原理是主楔和侧楔同时对轧件进行径向压下和轴 Fig-I Dimension of an automobile semi-axis 向延伸，所以可以显著节省辊面，大大减少设备本体 尺寸和模具尺寸，显著降低成本，用较小设备即可代 替单楔轧制的庞大设备，易于实现汽车半轴的经济 化生产 楔横轧多楔成形汽车半轴由于主楔和侧楔之间 的相互制约，轧制过程较单楔要复杂得多2].国 内外关于多楔轧制理论研究较少，在一定程度上阻 碍了多楔成形汽车半轴技术的推广，为解决上述难 题，本文针对某一典型汽车半轴，采用LS一DYNA 有限元软件，对楔横轧多楔轧制汽车半轴进行了数 图2多楔轧制的有限元模型 值模拟，系统分析出轧制过程中轧制温度、轧制转 Fig.2 Finite element model of multi-wedges rolling 速、轧辊直径、摩擦因数对轧制力和轧制力矩的影响 规律，研究结果为研制半轴楔横轧机合理确定轧制 2轧制力和轧制力矩影响因素分析 力和轧制力矩、实现半轴的经济化生产提供了重要 的理论基础 2.1轧制温度 忽略在轧制过程中的热传导和热辐射所造成的 1计算模型的建立 热量散失，对该半轴在轧制温度为800,1000,1100， 以一种轻型载货汽车半轴为研究对象，如图1 1200℃情况下的轧制过程进行了有限元模拟，模拟 所示，为节省计算时间和硬盘空间，按1：2比例进 结果如图3所示，从图中可以看出，温度越高，轧制 行模拟计算，轧制工艺参数制定为成形角32°，展宽 过程中所需的轧制力和轧制力矩越小.当进入稳定 角为6°，断面收缩率为43.75%，轧件坯料40mm, 轧制阶段时，温度在800℃时所需的轧制力和轧制 轧件材料为45钢.汽车半轴多楔轧制有限元模型 力矩比1200℃时约增加了158%.这是因为多楔轧 如图2所示 制汽车半轴时为使轧件变形，轧机必须输出足够的 机械能，以克服金属的变形抗力·随着温度的升高， 收稿日期：2005-10-12修回日期：2006-04-28 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Nas,50475175,50435010) 金属的塑性增加，金属原子热振动的振幅增大，原子 作者简介：赵静(1971一)，女，副教授，博士研究生：束学道 间的键力减弱，从而金属产生塑性变形所需的能量 (1968一)，男，副教授，博士生导师楔横轧多楔成形汽车半轴力能参数的影响因素分析 赵 静12） 束学道1） 胡正寰1） 1） 北京科技大学机械工程学院北京100083 2） 山东理工大学轻工学院淄博255049 摘 要 轧制力和轧制力矩是楔横轧汽车半轴轧机设计中的重要参数由于楔横轧多楔成形半轴时主楔和侧楔之间相互制 约轧制过程中轧制力和轧制力矩的变化复杂．针对典型汽车半轴采用 LS－DYNA 有限元软件对楔横轧多楔轧制汽车半轴 进行了数值模拟获得了轧制过程中各因素对轧制力和轧制力矩的影响规律． 关键词 楔横轧；多楔；汽车半轴；轧制力；轧制力矩 分类号 TG335∙19 收稿日期：20051012 修回日期：20060428 基金项目：国家自然科学基金资助项目（Nos．5047517550435010） 作者 简 介：赵 静 （1971－）女副 教 授博 士 研 究 生；束 学 道 （1968－）男副教授博士生导师 随着我国汽车工业的飞速发展汽车半轴的需 求量越来越大传统加工方法由于存在效率低、材料 利用率低、投资大等缺点不能满足汽车半轴经济化 生产和市场需求［1］．楔横轧多楔精密成形汽车半轴 的原理是主楔和侧楔同时对轧件进行径向压下和轴 向延伸所以可以显著节省辊面大大减少设备本体 尺寸和模具尺寸显著降低成本用较小设备即可代 替单楔轧制的庞大设备易于实现汽车半轴的经济 化生产． 楔横轧多楔成形汽车半轴由于主楔和侧楔之间 的相互制约轧制过程较单楔要复杂得多［2－4］．国 内外关于多楔轧制理论研究较少在一定程度上阻 碍了多楔成形汽车半轴技术的推广．为解决上述难 题本文针对某一典型汽车半轴采用 LS－DYNA 有限元软件对楔横轧多楔轧制汽车半轴进行了数 值模拟系统分析出轧制过程中轧制温度、轧制转 速、轧辊直径、摩擦因数对轧制力和轧制力矩的影响 规律．研究结果为研制半轴楔横轧机合理确定轧制 力和轧制力矩、实现半轴的经济化生产提供了重要 的理论基础． 1 计算模型的建立 以一种轻型载货汽车半轴为研究对象如图1 所示．为节省计算时间和硬盘空间按1∶2比例进 行模拟计算．轧制工艺参数制定为成形角32°展宽 角为6°断面收缩率为43∙75％轧件坯料●40mm． 轧件材料为45＃钢．汽车半轴多楔轧制有限元模型 如图2所示． 图1 汽车半轴尺寸 Fig．1 Dimension of an automobile sem-i axis 图2 多楔轧制的有限元模型 Fig．2 Finite element model of mult-i wedges rolling 2 轧制力和轧制力矩影响因素分析 2∙1 轧制温度 忽略在轧制过程中的热传导和热辐射所造成的 热量散失对该半轴在轧制温度为80010001100 1200℃情况下的轧制过程进行了有限元模拟．模拟 结果如图3所示．从图中可以看出温度越高轧制 过程中所需的轧制力和轧制力矩越小．当进入稳定 轧制阶段时温度在800℃时所需的轧制力和轧制 力矩比1200℃时约增加了158％．这是因为多楔轧 制汽车半轴时为使轧件变形轧机必须输出足够的 机械能以克服金属的变形抗力．随着温度的升高 金属的塑性增加金属原子热振动的振幅增大原子 间的键力减弱从而金属产生塑性变形所需的能量 第29卷 第1期 2007年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．1 Jan．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．01．014