工程科学学报，第38卷，第8期：1168-1174,2016年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.8:1168-1174,August 2016 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2016.08.017:http://journals..ustb.edu.cn 楔横轧反楔堆轧改善空心零件过渡轴肩的壁厚减薄 杨翠苹四，张康生，胡正寰 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:yangep(@me.ustb.cdu.cm 摘要楔横轧随形轧制空心零件在过渡轴肩位置会产生壁厚减薄，降低零件的力学强度，改善轴肩的壁厚状况是必须解决 的问题.本文基于有限元模拟方法，揭示空心零件成形时壁厚减薄的产生原因，提出采用楔横轧反楔堆轧改善轴肩壁厚的成 形方法，分析反楔堆轧增加轴肩壁厚的主要影响因素，从而获得轴肩壁厚增厚的成形方法和最佳条件，实现了楔横轧随形轧 制空心零件轴肩位置的显著增厚.通过轧制试验，验证了有限元模拟分析模型的可靠性， 关键词楔横轧：空心零件；壁厚；反楔：有限元法 分类号TG335.19 Improving the wall thinning of the transition shoulder with anti-wedge upset rolling in cross wedge rolling hollow parts YANG Cui-ping,ZHANG Kang-sheng,HU Zheng-huan School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:yangcp@me.ustb.edu.cn ABSTRACT Wall thinning occurs at transition shoulders in cross wedge rolling (CWR)hollow parts without a mandrel,which will reduce the mechanical strength of the parts,so improving the wall thickness of the shoulder must be resolved.Based on finite element simulations,the cause of wall thinning during the forming process is revealed.A forming method of the anti-wedge upset rolling is proposed to improve the wall thickness of the shoulder,main factors that affect the increase of wall thickness are analyzed,the method of increasing wall thickness and the optimum conditions are obtained,so that a significant increase in wall thickness of the shoulder is achieved for cross wedge rolling hollow parts.The finite element model is validated by a rolling experiment. KEY WORDS cross wedge rolling:hollow parts:wall thickness;anti-wedge:finite element method 楔横轧工艺是一种高效的轴类零件成形工艺，因 张康生、梁继才等P-习对楔横轧空心零件的稳定轧制 生产效率高、节约材料、零件成形精度高等诸多优点， 条件进行了较早的研究.Neugebauer等介绍了楔 在生产实心轴类零件毛坯上具有明显的优势，因此在 横轧空心轴的成形工艺，展示了工艺参数对轧制极限 轴类零件毛坯的生产中得到了大量的推广和应用四. 和轧制力的影响.Bartnicki和Pater-分析了模具工 楔横轧空心轴的研究和应用比实心轴相对落后，但随 艺参数对成形稳定性的影响，认为三辊轧制空心零件 着汽车轻量化的发展，对空心零件的需求增加，采用楔 有更好的稳定性.Urankar等s-研究了空心零件的成 横轧成形空心轴类零件日益得到关注.楔横轧空心轴 形界限，引入了量纲一的参数预测失效条件，并建立了 避免了实心轴容易出现的心部缺陷问题，但空心件在 临界摩擦模型，研究了临界摩擦和工艺参数的关系 轧制过程中由于径向抵抗变形能力较小，容易压扁，因 燕山大学基于有限元模拟方法研究了三辊楔横轧空心 此其轧制过程的建立要更加困难，加工界限也比较窄. 件的成形机理，并对带芯棒轧制和不带芯棒轧制进行 收稿日期：201603-29 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075030)：北京市“现代交通金属材料与加工技术北京实验室”资助项目工程科学学报，第 38 卷，第 8 期: 1168--1174，2016 年 8 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 8: 1168--1174，August 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 08． 017; http: / /journals． ustb． edu． cn 楔横轧反楔堆轧改善空心零件过渡轴肩的壁厚减薄 杨翠苹，张康生，胡正寰 北京科技大学机械工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: yangcp@ me． ustb． edu． cn 摘 要 楔横轧随形轧制空心零件在过渡轴肩位置会产生壁厚减薄，降低零件的力学强度，改善轴肩的壁厚状况是必须解决 的问题． 本文基于有限元模拟方法，揭示空心零件成形时壁厚减薄的产生原因，提出采用楔横轧反楔堆轧改善轴肩壁厚的成 形方法，分析反楔堆轧增加轴肩壁厚的主要影响因素，从而获得轴肩壁厚增厚的成形方法和最佳条件，实现了楔横轧随形轧 制空心零件轴肩位置的显著增厚． 通过轧制试验，验证了有限元模拟分析模型的可靠性． 关键词 楔横轧; 空心零件; 壁厚; 反楔; 有限元法 分类号 TG335. 19 Improving the wall thinning of the transition shoulder with anti-wedge upset rolling in cross wedge rolling hollow parts YANG Cui-ping ，ZHANG Kang-sheng，HU Zheng-huan School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: yangcp@ me． ustb． edu． cn ABSTＲACT Wall thinning occurs at transition shoulders in cross wedge rolling ( CWＲ) hollow parts without a mandrel，which will reduce the mechanical strength of the parts，so improving the wall thickness of the shoulder must be resolved． Based on finite element simulations，the cause of wall thinning during the forming process is revealed． A forming method of the anti-wedge upset rolling is proposed to improve the wall thickness of the shoulder，main factors that affect the increase of wall thickness are analyzed，the method of increasing wall thickness and the optimum conditions are obtained，so that a significant increase in wall thickness of the shoulder is achieved for cross wedge rolling hollow parts． The finite element model is validated by a rolling experiment． KEY WOＲDS cross wedge rolling; hollow parts; wall thickness; anti-wedge; finite element method 收稿日期: 2016--03--29 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51075030) ; 北京市“现代交通金属材料与加工技术北京实验室”资助项目 楔横轧工艺是一种高效的轴类零件成形工艺，因 生产效率高、节约材料、零件成形精度高等诸多优点， 在生产实心轴类零件毛坯上具有明显的优势，因此在 轴类零件毛坯的生产中得到了大量的推广和应用［1］． 楔橫轧空心轴的研究和应用比实心轴相对落后，但随 着汽车轻量化的发展，对空心零件的需求增加，采用楔 横轧成形空心轴类零件日益得到关注． 楔横轧空心轴 避免了实心轴容易出现的心部缺陷问题，但空心件在 轧制过程中由于径向抵抗变形能力较小，容易压扁，因 此其轧制过程的建立要更加困难，加工界限也比较窄． 张康生、梁继才等［2--3］对楔横轧空心零件的稳定轧制 条件进行了较早的研究． Neugebauer 等［4--5］介绍了楔 横轧空心轴的成形工艺，展示了工艺参数对轧制极限 和轧制力的影响． Bartnicki 和 Pater［6--7］分析了模具工 艺参数对成形稳定性的影响，认为三辊轧制空心零件 有更好的稳定性． Urankar 等［8--9］研究了空心零件的成 形界限，引入了量纲一的参数预测失效条件，并建立了 临界摩擦模型，研究了临界摩擦和工艺参数的关系． 燕山大学基于有限元模拟方法研究了三辊楔横轧空心 件的成形机理，并对带芯棒轧制和不带芯棒轧制进行