·388 工程科学学报，第41卷，第3期 线，在轧制区与未轧制区过渡处应变较大 区域，此处变形量和变形速率最大，且轧件与轧辊 2.3厚壁空心轴成形过程应力场 接触使得该区域温度降低，导致接触区材料流动 厚壁空心轴成形过程等效应力场如图7所示. 应力增大；由于芯棒开始参与轧件变形，二者之间 图7(a)为楔入段轧件横截面应力分布，由于轧辊楔 相接触发生挤压，在轧件内表面也产生了较大 入挤压作用，等效应力最大值出现在轧件与轧辊楔 应力 尖相接触部分，并向内层传递逐渐减小；轧件内表面 精整段轧件横截面应力场如图7(c)所示.在 与芯棒接触，也产生一定的接触应力 精整段，轧辊主要由顶面对轧制完成的部分进行少 图7(b)为展宽段轧件等效应力分布，图中显 量修整，轧件各向应力分布较均匀，仅在轧件与轧辊 示等效应力最大值出现在轧件与轧辊斜楔面接触 接触区域有一定应力 等效应变 等效应变 等效应变 ( 200 % 200 200 175 175 75 105 0 25 25 0 0 图7成形过程应力分布.(a)楔入段：(b)展宽段：(c)精整段 Fig.7 Effective stress distribution during the formation process:(a)knifing zone:(b)stretching zone:(c)sizing zone 2.4厚壁空心轴成形过程金属流动 轧件截取了距对称面0、5、10、20和30mm的5个截 通过Deform3D后处理点追踪功能分析轧制过 面(A、B、C、D、E),每个截面上选取10个跟踪点，从 程中金属流动规律，对理解楔横轧厚壁空心轴变形 外表面至内表面沿径向均匀分布，图8(b)是轧后跟 过程有重要意义.轧制前跟踪点如图8(a)所示，对 踪点分布. (a) E D CBA b 图8轧件轧前(a)和轧后(b)追踪点分布 Fig.8 Distribution of trace points on workpiece:(a)before rolling:(b)after rolling 图9(a)所示是轧制后各跟踪点的径向位移. 点均处于轧件料头，未出现压缩或拉伸变形，但由于 截面A、B、C外层金属径向位移量均大于内层金属， 在轧制过程中台阶轴肩部产生隆起，使得截面E最 越靠近外层，径向流动量越大，这是由于外层金属受 外层追踪点产生径向延伸趋势，同时由于轧件与导 到轧辊径向压下程度最大，引起其径向位移变大：对 板及芯棒的接触碰撞，导致轧件出现了刚性位移，因 于截面D,最外层金属被轧辊斜楔面排挤转移至料 此截面E中各个跟踪点的径向位移均为负值，越靠 头中，未参与压缩变形，而内层金属则滞留在轧件杆 近表面位移越大. 部，参与轧件的成形，故截面D外层金属径向位移 图9()所示是轧制后各追踪点相对轴向位移， 小于内层金属径向位移；对于截面E,此截面的跟踪 即各追踪点轴向位移减去初始横截面中心的轴向位工程科学学报，第 41 卷，第 3 期 线，在轧制区与未轧制区过渡处应变较大． 2. 3 厚壁空心轴成形过程应力场 厚壁空心轴成形过程等效应力场如图 7 所示． 图 7( a) 为楔入段轧件横截面应力分布，由于轧辊楔 入挤压作用，等效应力最大值出现在轧件与轧辊楔 尖相接触部分，并向内层传递逐渐减小; 轧件内表面 与芯棒接触，也产生一定的接触应力． 图 7( b) 为展宽段轧件等效应力分布，图中显 示等效应力最大值出现在轧件与轧辊斜楔面接触 区域，此处变形量和变形速率最大，且轧件与轧辊 接触使得该区域温度降低，导致接触区材料流动 应力增大; 由于芯棒开始参与轧件变形，二者之间 相接触 发 生 挤 压，在轧件内表面也产生了较大 应力． 精整段轧件横截面应力场如图 7( c) 所示． 在 精整段，轧辊主要由顶面对轧制完成的部分进行少 量修整，轧件各向应力分布较均匀，仅在轧件与轧辊 接触区域有一定应力． 图 7 成形过程应力分布． ( a) 楔入段; ( b) 展宽段; ( c) 精整段 Fig． 7 Effective stress distribution during the formation process: ( a) knifing zone; ( b) stretching zone; ( c) sizing zone 2. 4 厚壁空心轴成形过程金属流动 通过 Deform-3D 后处理点追踪功能分析轧制过 程中金属流动规律，对理解楔横轧厚壁空心轴变形 过程有重要意义． 轧制前跟踪点如图 8( a) 所示，对 轧件截取了距对称面 0、5、10、20 和 30 mm 的 5 个截 面( A、B、C、D、E) ，每个截面上选取 10 个跟踪点，从 外表面至内表面沿径向均匀分布，图 8( b) 是轧后跟 踪点分布． 图 8 轧件轧前( a) 和轧后( b) 追踪点分布 Fig． 8 Distribution of trace points on workpiece: ( a) before rolling; ( b) after rolling 图 9( a) 所示是轧制后各跟踪点的径向位移． 截面 A、B、C 外层金属径向位移量均大于内层金属， 越靠近外层，径向流动量越大，这是由于外层金属受 到轧辊径向压下程度最大，引起其径向位移变大; 对 于截面 D，最外层金属被轧辊斜楔面排挤转移至料 头中，未参与压缩变形，而内层金属则滞留在轧件杆 部，参与轧件的成形，故截面 D 外层金属径向位移 小于内层金属径向位移; 对于截面 E，此截面的跟踪 点均处于轧件料头，未出现压缩或拉伸变形，但由于 在轧制过程中台阶轴肩部产生隆起，使得截面 E 最 外层追踪点产生径向延伸趋势，同时由于轧件与导 板及芯棒的接触碰撞，导致轧件出现了刚性位移，因 此截面 E 中各个跟踪点的径向位移均为负值，越靠 近表面位移越大． 图 9( b) 所示是轧制后各追踪点相对轴向位移， 即各追踪点轴向位移减去初始横截面中心的轴向位 · 883 ·