D0I:10.13374.issn1001653.2013.02.010 第35卷第2期 北京科技大学学报 Vol.35 No.2 2013年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2013 成形角对楔横轧21-4N合金钢气门心部质量的 影响 郑振华，刘晋平，王宝雨，胡正寰 北京科技大学机械工程学院，北京100083 d通信作者，E-mail:zhengzhenhua@ustb.edu.cn 摘要基于气门二次楔轧制原理，采用DEFORM-3D有限元软件研究了成形角改变时轧件心部应力和应变的变化规 律，分析了成形角对楔横轧214N合金钢气门心部质量的影响.结果表明：随着成形角的增大，轧件心部的应力状态和 应变状态更为合理，有利于防止心部疏松.相应的轧制实验结果验证了这个结果. 关键词楔横轧；合金钢：气门；成形角：质量控制 分类号TG335.19 Effect of forming angle on the central quality of 21-4N valves by cross wedge rolling ZHENG Zhen-hua,LIU Jin-ping,WANG Bao-yu,HU Zheng-huan School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing:Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:zhengzhenhua@ustb.edu.cn ABSTRACT Based on the mechanism of twice wedge rolling for valves,changes in stress and strain of a 21-4N valve at the center with forming angle were investigated using the finite clement software DEFORM-3D.The effect of forming angle on the central quality of the rolled piece was analyzed.It is found that a larger forming angle can lead to a more reasonable distribution of both stress and strain in the center of the rolled piece,which is positive to prevent central cavities.Laboratory experiments show the same result. KEY WORDS cross wedge rolling;alloy steel;valves:forming angle;quality control 随着中国汽车工业的快速发展，作为汽车发动 模具寿命长、产品质量稳定、综合成本低等优点 机关键部件之一的气门，年需求量也越来越大.据 气门是一种典型的带盘细杆类零件，因此利用楔横 统计，目前我国各类气门的年产量已超过3亿支. 轧为气门制坯是气门毛坯生产的一一种先进新工艺 当前，气门预成形坯的生产工艺主要有两种：电热 楔横轧轧制的变形机理较为复杂，特别是将楔横轧 徽粗和热挤压！.电热镦粗设备简单且投入少，但 应用于合金气门毛坯成形的研究目前国内外都未见 其存在产品质量不稳定、生产效率低、废品率高等 报道0-14.为此，本文针对一种典型的排气门用钢 问题2-4：热挤压的产品质量稳定，但是模具寿命 一一21-4N合金钢，从楔横轧成形气门毛坯的原理 过低5-到.由于条件限制，国内主要采取的是电热 入手，采用DEFORM-3D有限元软件，对楔横轧21- 镦粗工艺生产气门毛坯.因此，寻求新的先进工艺 4N合金气门制坯成形过程中，成形角：对轧件变 成形发动机气门毛坯是当前亟待解决的重大问题 形区应力状态和应变状态的影响规律进行了系统的 研究. 楔横轧是一种先进的轴类零件成形技术，其 利用上下模具同步旋转对轧件进行径向压下和轴向 1气门毛还的楔横轧成形工艺 展宽的塑性成形，具有生产效率高、材料利用率高、 发动机气门的工作环境具有高温、高压、高腐 收稿日期：2011-12-06 基金项目：广东省教育部产学研结合项目(2009A090100022):国家自然科学基金资助项日(50975023)DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2013．02．010