江洋等：楔横轧成形25CMo4厚壁空心轴件的不圆度分析 ·389· (a) 1 6 ◆截面A 一截面B 5 ◆截面A 一截面B 4 一截面C 5 一截面C 战面D 一截面D 3 +一战面E 4 一截面E 3 1 0 -1 1 2 0= 45678910 678910 追踪点编号 追踪点编号 图9轧件追踪点径向(a)和轴向(b)位移 Fig.9 Radial (a)and axial displacement (b)of trace points on workpiece 移.由于截面A处于对称面，其上各个追踪点轴向 B=4°、断面收缩率山=20%135%150%165%、变形 相对位移均为0：截面B、C表层轴向位移量要大于 温度T=1050℃/1100℃.对不同断面收缩率进行 内层，但最外层轴向相对位移略有减小，原因是轧辊 有限元仿真，在轧制过程计算完成后，测量轧件轴身 顶面与轧件之间摩擦力对金属轴向流动产生阻碍作 截面的最大尺寸与最小尺寸，计算出各工况不圆度 用：截面D外层金属被挤至料头，轴向相对位移最 如图10所示 大：截面E各点在轧制时不受轧辊轴向排挤作用， 由图10可知，不圆度随断面收缩率的增大而减 但在轧辊成形区金属推动下发生轴向位移，同时轧 小.当断面收缩率较小时，塑性变形只发生在轧件 件端面出现凹心. 表层，轧件所受轴向力减小；轧件只有表层的金属沿 轴向被轧辊楔面挤出，而未及时沿轴向流出的金属 3轧件不圆度有限元分析 受轧辊的反复挤压揉搓，使得轧件和轧辊间产生较 3.1不圆度定义 大的径向力和切向力，导致不圆度较大：当断面收缩 楔横轧轧制空心轴类零件属于复杂三维变形， 率较大时，轧件内部发生塑性变形，轧件表层和内层 如果工艺参数选择不当，会使金属轴向扩展困难，切 金属均在轧辊的推动下沿轴向流出，轧件不圆度明 向流动容易，导致圆周方向长大，轧件截面发生“失 显减小.此外由图10可知，保持断面收缩率不变， 圆”，使得轧制后轧件各部分尺寸发生偏差.为了评 轧制温度升高有利于降低不圆度 价轧件“失圆”现象，现定义轧件不圆度计算公式 3.3成形角的影响 如下： 成形角是重要的楔横轧轧辊参数，成形角会影 e=Doux -Duin (2) 响轧件的旋转条件、缩颈条件及表面螺旋痕严重程 式中，D为横截面外径最大尺寸，Dm为横截面外 度.对成形角a=30°140°150°160°、展宽角B=3°、 径最小尺寸.利用上述建立的有限元模型进行仿真 断面收缩率少=35%、轧制温度T=1050℃/1100℃ 分析，摸索断面收缩率、成形角和展宽角对轧件不圆 进行有限元仿真.仿真完成后各工况不圆度如图11 度的影响规律 所示. 3.2断面收缩率的影响 由图11得知，随着轧辊成形角增大，不圆度呈 仿真时相关参数选取：成形角α=50°、展宽角 减小趋势，轧制温度越高减小趋势越明显.表明楔 6r间1050℃ 5 1100℃ 24 1 20 35 50 p=35%T=1100℃ =50%T=1100℃ 断面收缩率，/% e-2.38mm e-0.08mm 图10断面收缩率对不圆度的影响.(a)影响规律曲线：(b)特定工况轧件的不圆度对比 Fig.10 Effect of the reduction of section area on roundness error:(a)curve of influence rule:(b)roundness error at different parameters江 洋等: 楔横轧成形 25CrMo4 厚壁空心轴件的不圆度分析 图 9 轧件追踪点径向( a) 和轴向( b) 位移 Fig． 9 Ｒadial ( a) and axial displacement ( b) of trace points on workpiece 移． 由于截面 A 处于对称面，其上各个追踪点轴向 相对位移均为 0; 截面 B、C 表层轴向位移量要大于 内层，但最外层轴向相对位移略有减小，原因是轧辊 顶面与轧件之间摩擦力对金属轴向流动产生阻碍作 用; 截面 D 外层金属被挤至料头，轴向相对位移最 大; 截面 E 各点在轧制时不受轧辊轴向排挤作用， 但在轧辊成形区金属推动下发生轴向位移，同时轧 件端面出现凹心． 3 轧件不圆度有限元分析 3. 1 不圆度定义 楔横轧轧制空心轴类零件属于复杂三维变形， 如果工艺参数选择不当，会使金属轴向扩展困难，切 向流动容易，导致圆周方向长大，轧件截面发生“失 圆”，使得轧制后轧件各部分尺寸发生偏差． 为了评 价轧件“失圆”现象，现定义轧件不圆度计算公式 如下［16］: e = Dmax － Dmin ( 2) 式中，Dmax为横截面外径最大尺寸，Dmin为横截面外 径最小尺寸． 利用上述建立的有限元模型进行仿真 分析，摸索断面收缩率、成形角和展宽角对轧件不圆 度的影响规律． 图 10 断面收缩率对不圆度的影响． ( a) 影响规律曲线; ( b) 特定工况轧件的不圆度对比 Fig． 10 Effect of the reduction of section area on roundness error: ( a) curve of influence rule; ( b) roundness error at different parameters 3. 2 断面收缩率的影响 仿真时相关参数选取: 成形角 α = 50° 、展宽角 β = 4°、断面收缩率 ψ = 20% /35% /50% /65% 、变形 温度 T = 1050 ℃ /1100 ℃ ． 对不同断面收缩率进行 有限元仿真，在轧制过程计算完成后，测量轧件轴身 截面的最大尺寸与最小尺寸，计算出各工况不圆度 如图 10 所示． 由图 10 可知，不圆度随断面收缩率的增大而减 小． 当断面收缩率较小时，塑性变形只发生在轧件 表层，轧件所受轴向力减小; 轧件只有表层的金属沿 轴向被轧辊楔面挤出，而未及时沿轴向流出的金属 受轧辊的反复挤压揉搓，使得轧件和轧辊间产生较 大的径向力和切向力，导致不圆度较大; 当断面收缩 率较大时，轧件内部发生塑性变形，轧件表层和内层 金属均在轧辊的推动下沿轴向流出，轧件不圆度明 显减小． 此外由图 10 可知，保持断面收缩率不变， 轧制温度升高有利于降低不圆度． 3. 3 成形角的影响 成形角是重要的楔横轧轧辊参数，成形角会影 响轧件的旋转条件、缩颈条件及表面螺旋痕严重程 度． 对成形角 α = 30° /40° /50° /60°、展宽角 β = 3°、 断面收缩率 ψ = 35% 、轧制温度 T = 1050 ℃ /1100 ℃ 进行有限元仿真． 仿真完成后各工况不圆度如图 11 所示． 由图 11 得知，随着轧辊成形角增大，不圆度呈 减小趋势，轧制温度越高减小趋势越明显． 表明楔 · 983 ·