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楔横轧楔入段端面移动量规律1

2010-9-13 11:09:12 来源:(北京科技大学机械工程学院 作者:束学道 闫 波 邢希东 胡正寰 编辑:admin
:楔横轧多楔轧制是内楔和外楔同时对轧件进行径向压下、轴向延伸的塑性成形。随着交通运输业的飞速发展,火车轴、汽车半轴等长轴类零件的需求量与日俱增,采用楔横轧多楔工艺成形长轴类零件,具有显著节省辊面、减小设备体积、生产效率高、节材、降低成本等优点。为了充分发挥多楔显著节省辊面的优点,保持内外楔同时起楔,就必须要准确弄清楔入段移动量的变化规律。采用弹塑性有限形变有限元数值方法,根据实际工况模拟楔横轧轧制过程,分析楔入段移动量的变化规律,详细阐述各工艺参数对移动量的影响规律,并与试验测试结果进行比较,得到楔入段端面移动量的变化和影响规律。研究结果为楔横轧多楔同步轧制模具设计提供了重要的理论依据,进一步完善了楔横轧多楔轧制理论。

前言
    随着汽车半轴、火车车轴等大型长轴类零件的需求量越来越多,采用目前锻造法或楔横轧单楔轧制难以实现经济化生产[1]。楔横轧多楔轧制因显著节省辊面,使设备本体尺寸和模具成本大大降低,是净近成形大型长轴类零件的经济、快速有效方法之一。


    楔横轧多楔轧制是内外多对楔同时对轧件进行径向压下和轴向延伸的复杂塑性成形。轧制过程中,当内楔楔形模具从轧件中部楔入时,内外楔之间未参加变形的金属随着内楔的楔入而向外轴向移动,其移动的距离称为端面移动量。而外楔在轧制过程中,需要躲开内楔的移动量,如果躲开距离过大或过小,轧件将因受拉或受堵而影响轧制的顺利进行和产品质量。由于楔横轧楔入段移动量为一复杂曲线,展宽段的移动量曲线为一直线,所以目前多楔模具设计通常将外楔起点置于内楔楔入段以后[2]。虽然这种处理方法模具设计简单,但由于内楔楔入段占据一定的辊面,所以多楔的优点没有全部发挥出来。


    为了充分发挥多楔显著节省辊面的优点,保持内外楔同时起楔,就必须要准确弄清楔入段移动量的变化规律。虽然吉林工业大学的张承鉴、任广升等对多楔轧制阶梯轴的理论进行了分析,推导出多组外楔与内楔之间的楔展角关系,北京科技大学的胡正寰,王宝雨等人已经成功模拟了楔横轧多楔轧制铁道车轴试验,但都没有对端面移动量的变化规律进行更深一步的研究。目前移动量的计算方法主要采用公式法[3],这种方法由于忽略金属横向变形,因此与实际误差较大。本文采用弹塑性有限形变有限元数值方法[4],根据实际工况模拟楔横轧轧制过程,获得楔入段移动量的变化全貌,并详细阐述各工艺参数对移动量的影响规律,并与试验测试结果进行比较,得到楔入段端面移动量的变化和影响规律。研究结果为楔横轧多楔同步轧制模具设计提供重要的理论依据。

 
 
 
 
 

5、结论
(1)楔入段移动量随断面收缩率、扩展角、成型角的增大而增大,随坯料直径的增大而减小。
(2)在楔入段前30%位置,轧件变形主要为横向变形,端面移动量近似为零,多楔模具设计时,此阶段可以不予考虑。
(3)影响楔横轧楔入段端面移动量的四个因素中,成形角影响最大,其次是展宽角,断面收缩率与坯料直径影响较小。所以,在多楔模具楔入段优化设计时,首要考虑因素是成形角。
(4)影响楔横轧楔入段端面移动量的四个因素存在着最佳选用范围[3]。
(5) 楔横轧多楔轧制可以显著节省辊面、减小轧辊直径和设备本体尺寸,因而必将得到广泛应用。但内楔与外楔精确的位置关系直接决定轧件质量,如果内楔与外楔之间位置不当,将发生堆料或挤料现象,在堆料处直径增大,有时甚至导致楔横轧无法完成。因此,楔横轧楔入段端面移动量对于楔横轧多楔模具的设计至关重要。本文采用有限元数值方法获得了楔入段移动量的变化全貌以及工艺参数对移动量的影响规律,得到楔入段端面移动量的变化和影响规律。研究结果为楔横轧多楔同步轧制模具设计提供了重要的理论依据。

 

参 考 文 献
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[2] 赵静,束学道,胡正寰. 汽车半轴楔横轧模具计算机辅助设计[J]. 重型机械, 2005, 260(2):45-48.
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INVESTIGATION INTO REGULARITY OF MOVEMENT OF THE END OF WEDGED PARTS FOR CROSS WEDGE ROLLING
SHU Xuedao YAN Bo XING Xidong
HU Zhenghuan
(College of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083)
Abstract:Multi - wedge cross wedge rolling (MCWR) is one kind of plastic deformation, including radial compressing, axial stretching and horizontal enlarging by both wedges at the same time. With the fast development of traffic and transport, the demand quantities of long shafts such as semi-axes and train halfaxle are increasing. MCWR is a new advanced technology of forming the slandering of long shafts with many advantages such as saving the surface of roller remarkably and reducing the size of equipment, moreover, the process cost is to be reduced greatly. To take full advantage of the advantage that multi-wedge significantly saves the surface of roller and maintain internal and external wedges to wedge the workpiece at the same time, it is necessary to accurately ascertain the regularity of movement of the end of wedged parts. Elastic-plastic finite deformation finite element numerical method was used. The rolling process in cross wedge rolling (CWR) was simulated successfully according to actual operating conditions, the regularity of movement of wedged parts was analyzed and the regularity how movement was affected by technological parameters was elaborate. The regularity of movement of the end of wedged parts was discovered after the analog results were compared to the experimental results. The results can provide an important theory basis for designing MCWR mould and perfect the theory of MCWR.
Key words:Cross wedge rolling Wedged parts
Movement of the end of rolled parts

作者简介:束学道,男,1968 年生,研究员、博士后,博士研究生导师。主要研究方向为楔横轧工艺与设备,轧机微尺度可控辊系机理和接触边界元法等。闫波,女,1979年生,博士研究生。研究方向为楔横轧多楔轧制技术。
邢希东,男,1968 年生,博士研究生。研究方向为楔横轧多楔轧制技术。
胡正寰,男,1934年生,教授、博士研究生导师,中国工程院院士。研究方向为零件轧制技术。