D0I:10.13374j.issn1001053x.2002.03.063 第24卷第3期 北京科技大学学报 Vol.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 楔横轧展宽段的变形特征与应力应变分析 马振海胡正寰 杨翠苹 束学道 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要用ANSYS/LS-DYNA3D软件对楔横轧成形过程进行非线性有限元模拟，得到了轧件 展宽段的变形特征及截面上应力应变分布规律.基于上述特征和规律，分析了轧件轴肩部分隆 起及端头凹心产生的原因，为深入研究楔横轧的成形机理提供了依据 关键词禊横轧；展宽段；有限元；应力；应变 分类号 TG335.19 我国的楔横轧技术在国际上处于先进地 轧件端头凹心是楔横轧时经常遇到的问 位，目前在国内建有70多条楔横轧生产线，开 题，其大小容易测量，为此进行了轧件端头凹心 发投产的零件近300种. 的实验，共轧出有效试件90多件.图2(a)为其 以往研究楔横轧成形机理时多采用以下方 中一个试件的纵切面照片，图2(b)是在该轧制 法和手段，：在实验方法上，用蜡泥、铅与软钢 条件下的有限元模拟结果.通过对十几组试验 等材料模拟楔横轧轧制；在力学上，忽略了轴向 结果与有限元模拟结果进行比较，其相对误差 变形，假定变形在横截面内发生平面应变，用滑 都在15%之内，这说明用有限元方法模拟楔横 移线法等初等数值方法进行研究.这些工作对 轧轧制过程是可行的 楔横轧技术的应用起了一定的指导作用，但未 100 能全面反映问题的本质.有限元方法的优点是 可以分析形状复杂的实际结构，模拟各种复杂 80 的材料本构关系、载荷和条件，进行大量方案的 比较分析，并迅速用图形表示计算结果，从而有 edW/o 60 利于对工程方案进行优化 40 1模型的建立与模拟可行性的探讨 0 0.2 0.4 0.60.8 计算采用了大型有限元软件ANSYS /LS- 图145钢变形抗力曲线 DYNA3D.由于轧辊的刚度较大，忽略轧辊的变 Fig.1 The resisting force of 45"steel 形，采用刚性壳单元(SHELL163)进行网格划分； 轧件采用八节点实体单元(S0LID164)进行划 分.根据模型对称性，取轧辊和轧件的1/2计算， 忽略导板存在.摩擦系数取0.4.轧件材料为 45钢，轧制温度为1050℃，假定材料为多段线 (a)试验结果 形弹塑性材料模型，其应力一应变曲线如图1 所示m.轧件弹性模量E-90GPa,泊松比0.3，质 量密度p=7.82×10-6kgmm3,轧辊的弹性模量 E-210GPa. (b)有限元模拟结果 收稿日期2001-12-25马振海男，29岁，博士生 图2轧件端头凹心图 *国家自然科学基金资助重点课题(No.50035010) Fig.2 Cavity on the end of work-pieceDOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 063