外十字形環(huán)件輾擴(kuò)過程中成形缺陷的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、異形環(huán)件輾擴(kuò)技術(shù)能直接成形復(fù)雜截面輪廓環(huán)件，具有材料利用率高，加工余量小等優(yōu)點，是環(huán)件輾擴(kuò)技術(shù)最有吸引力的發(fā)展方向。與矩形環(huán)件相比，異形環(huán)件在輾擴(kuò)中更容易產(chǎn)生凹坑、填充不滿和飛邊缺陷。這些缺陷會增加材料消耗和延長后續(xù)加工工時，嚴(yán)重制約著企業(yè)的生產(chǎn)效率。因此，研究異形環(huán)件輾擴(kuò)成形缺陷對于提高環(huán)件生產(chǎn)效率具有實際意義。
　　為此，本文選取企業(yè)中產(chǎn)量大、缺陷出現(xiàn)頻率高的外十字形環(huán)件為研究對象，對其輾擴(kuò)成形缺陷開展研究，主要工作如下:

2、r>　　首先，分析外十字形環(huán)件輾擴(kuò)工藝過程并建立有限元模型。對下料、制坯、加熱工序和輾擴(kuò)過程中產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行分析，并提出控制手段。設(shè)計出模擬用毛坯和軋輥尺寸，建立外十字形環(huán)件輾擴(kuò)有限元模型。
　　其次，對外十字形環(huán)件輾擴(kuò)過程場變量變化進(jìn)行模擬研究?；谏衔慕⒌哪Ｐ?，對輾擴(kuò)過程中初軋、主軋、精整三個階段的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度場的變化進(jìn)行分析，并采用點追蹤法分析環(huán)件內(nèi)部金屬流動規(guī)律。研究表明，在輾擴(kuò)中環(huán)件外圈高肋處材料受三向拉應(yīng)力作用，

3、不利于材料填充，容易產(chǎn)生填充不滿缺陷。環(huán)件表層與軋輥接觸區(qū)域金屬軸向流動量要大于心部，容易產(chǎn)生凹坑缺陷。
　　接著，研究外十字形環(huán)件輾擴(kuò)工藝參數(shù)對成形質(zhì)量的影響。計算進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速、軋輥尺寸和環(huán)件壁厚等極限工藝參數(shù)，模擬不同工藝參數(shù)對成形質(zhì)量的影響。研究表明，在極限工藝參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速、軋輥尺寸越大，變形區(qū)材料越易鍛透，變形越均勻，端面質(zhì)量越好。而寬徑比越大，驅(qū)動輥側(cè)壁對坯料內(nèi)、外圈寬展變形約束作用越強(qiáng)，端面成形效果越好。

4、并根據(jù)模擬分析結(jié)果，優(yōu)化了成形工藝參數(shù)。
　　最后，開展外十字形環(huán)件輾擴(kuò)實驗研究。基于前文的分析設(shè)計了對比實驗，通過尺寸測量、在線監(jiān)測和超聲波探測等檢測手段對輾擴(kuò)結(jié)果進(jìn)行分析。實驗表明，不同工藝參數(shù)對成形缺陷有不同影響，毛坯外圈中部成形不滿直接導(dǎo)致環(huán)鍛件高肋處缺陷的形成，進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速越大端面成形質(zhì)量越好，芯輥的磨損直接導(dǎo)致孔緣飛邊的形成。對比各組參數(shù)，寬徑比對端面凹坑的形成具有決定性影響。對成形質(zhì)量的分析表明正確選擇工藝參數(shù)能明