·386 工程科学学报，第41卷，第3期 140r a 2 140吓 w 120 100 100 80 形 60 一变形温度1150℃ 60 一变形温度1150℃ 40 一变形温度1100℃ 40 -变形温度1100℃ 变形温度1050℃ 变形温度1050℃ 20 20 0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 0.10.2030.40.50.60.70.80.9 应变 应变 图225CMo4钢真应力-应变曲线.(a)应变速率1s1:(b)应变速率10s1 Fig.2 True stress-strain curves of 25CrMo4 steel:(a)strain rate 1s-1;(b)strain rate 10s-1 楔入段 展宽段 精整段 D。 成形角c 7入 展宽角B 图3轧辊、轧件尺寸示意图 Fig.3 Schematic diagram of die and workpiece 其中初始坯料外径D。为50mm,内孔径d为 摩擦系数，而为在轧制完成后顺利将芯棒取出，需对 12.5mm;芯棒直径为12mm;轧辊顶面直径为 芯棒表面进行加工，减小与轧件之间的摩擦系数. 630mm.断面收缩率山、成形角&、展宽角B为仿真 因此将轧辊与轧件摩擦系数设为0.9，芯棒与轧件 变量.断面收缩率指轧件坯料与轧件坯料原始截面 间摩擦系数设为0.5，忽略导板与轧件的摩擦.传热 面积F。之比，断面收缩率的计算公式为： 边界条件设置：轧件与轧辊接触传热系数取为1.5× Fo-F_Di-Di 沙= 10Wm2·K-1,轧件表面辐射率设为0.8，忽略轧 F。 (1) D 件与空气的换热. 式中，F。为原始轧件截面面积，F,为轧制后轧件截面 图4为厚壁空心轴楔横轧有限元仿真模型.轧 面积. 件模型采用绝对网格划分，轧件网格为四面体单元， 选取轧辊材料为H13热作模具钢，芯棒材料为 变形区窗口网格尺寸为1.5mm,非变形区窗口网格 4C9Si2耐热钢，轧件材料为25CrMo4钢.仿真时可 将轧辊、芯棒、导板设为刚体，轧件设为变形体.轧 辊转速设为0.84rads-1,忽略轧件自重.芯棒将以 上轧辊 自身轴线为中心转动，芯棒转速根据啮合原理，由轧 辊转速和断面收缩率求得，此模型中芯棒转速为 轧件 导板 12.37rads-.Deform3D提供了两种摩擦模型，一 种是库仑摩擦，一种是剪切摩擦.库仑摩擦用于弹 芯棒 性接触的情况，包括两个弹性变形体接触和弹性体 与刚性体的接触，通常用于模拟板料成形.而剪切 下轧银 摩擦主要用于体积成形模拟.有限元仿真采用剪切 摩擦模型，在轧辊与轧件接触区内摩擦系数恒定. 图4厚壁空心轴楔横轧有限元仿真模型 在实际轧制工艺中，为避免轧件与轧辊之间出现打 Fig.4 Finite element simulation model of cross wedge rolling for 滑，需对上下轧辊的表面进行打麻点或刻痕来增加 thick-walled hollow axle工程科学学报，第 41 卷，第 3 期 图 2 25CrMo4 钢真应力--应变曲线． ( a) 应变速率 1 s － 1 ; ( b) 应变速率 10 s － 1 Fig． 2 True stress--strain curves of 25CrMo4 steel: ( a) strain rate 1 s － 1 ; ( b) strain rate 10 s － 1 图 3 轧辊、轧件尺寸示意图 Fig． 3 Schematic diagram of die and workpiece 其中初始坯料外径 D0 为 50 mm，内孔径 d 为 12. 5 mm; 芯 棒 直 径 为 12 mm; 轧辊顶面直径为 630 mm． 断面收缩率 ψ、成形角 α、展宽角 β 为仿真 变量． 断面收缩率指轧件坯料与轧件坯料原始截面 面积 F0之比，断面收缩率的计算公式为: ψ = F0 － F1 F0 = D2 0 － D2 1 D2 0 ( 1) 式中，F0为原始轧件截面面积，F1为轧制后轧件截面 面积． 选取轧辊材料为 H13 热作模具钢，芯棒材料为 4Cr9Si2 耐热钢，轧件材料为 25CrMo4 钢． 仿真时可 将轧辊、芯棒、导板设为刚体，轧件设为变形体． 轧 辊转速设为 0. 84 rad·s － 1，忽略轧件自重． 芯棒将以 自身轴线为中心转动，芯棒转速根据啮合原理，由轧 辊转速和断面收缩率求得，此模型中芯棒转速为 12. 37 rad·s － 1 ． Deform-3D 提供了两种摩擦模型，一 种是库仑摩擦，一种是剪切摩擦． 库仑摩擦用于弹 性接触的情况，包括两个弹性变形体接触和弹性体 与刚性体的接触，通常用于模拟板料成形． 而剪切 摩擦主要用于体积成形模拟． 有限元仿真采用剪切 摩擦模型，在轧辊与轧件接触区内摩擦系数恒定． 在实际轧制工艺中，为避免轧件与轧辊之间出现打 滑，需对上下轧辊的表面进行打麻点或刻痕来增加 摩擦系数，而为在轧制完成后顺利将芯棒取出，需对 芯棒表面进行加工，减小与轧件之间的摩擦系数． 因此将轧辊与轧件摩擦系数设为 0. 9，芯棒与轧件 间摩擦系数设为 0. 5，忽略导板与轧件的摩擦． 传热 边界条件设置: 轧件与轧辊接触传热系数取为1. 5 × 104 W·m － 2·K － 1，轧件表面辐射率设为 0. 8，忽略轧 件与空气的换热． 图 4 厚壁空心轴楔横轧有限元仿真模型 Fig． 4 Finite element simulation model of cross wedge rolling for thick-walled hollow axle 图 4 为厚壁空心轴楔横轧有限元仿真模型． 轧 件模型采用绝对网格划分，轧件网格为四面体单元， 变形区窗口网格尺寸为 1. 5 mm，非变形区窗口网格 · 683 ·