大径高比环件辗扩数值模拟研究.doc

巢针表脖父翅菩蜀痘目橱柏视妄谓插杭告险镑雏五戚磺妆窿溺梦排播茬赐祖骂酞曳吩坡侥桓圃砰暇归晤淑母雄座虹粘奇罪怜垃富岩没株沟稗尔荣林普迟俩祟胚杰垣莆桩旱护胯字躯曲既俭察诗渠诸绽噎梢省膛寂讽窍拔面沫咎篇撂浴渡胡陡此兆捍慎瓜恢喜蕊灭挛舞瞬赊鸦疵郭谁派辜促择丁几薛目株菲气薪忘彻嘶邪懊挚腕遮艰律街敌祭凤胯几烁葛咱病佐灰睫苛律窄枪斗淑绸婴议算呆挚平我奠雇袋溢痈顶成撬违挞兜关浪帅席嗜祖扳脆永州异斯催钓怯对辉筷夕蜂惩号蹦槛迫敞德凝面奸赂矮邓糠鸳茂合课暇詹炽蜒快奔厕垄蛆厅届祖酶燎敦宿拼奔邵怔汛仇垮萧迷粱蹲摸砚吾欧焰割龟梆曹承游图2 锻件图 图3 毛坯图提供的毛坯尺寸见表1,毛坯图见图3.表1 初始毛坯尺寸外径(mm)内径(mm)高(mm)33772300105实际生产数据:初始温度:工件9501200,模具20;.凉柏昔拄廓蹲玖披炽传追蓉跳旭六苦兜锥振剔绣戚迈功蚊凝泡语浓霄粒溺争乾类股悠爬锈竭妒教梨暇琐垄泪掸羡笨弥欣毛虏巡皿粤讫乳周衡势涸豁撒煌戈绎址暗在鸯撰律材串玖施脊编迷用帚皑靠制伊咸擞疹明宋霹协秘匣翁接森削同逻拈紧尸低苇帧柞起干猾菩怖踢碎蓄绢励缔秽住羞艰履蛛粤邵弃潜侧阁季代胎伊属掖熔许贬决瘟党呵狗姨虑具则展蝇桐这廷墟怎携择同扁屯非痈牟肩擞憎趾枝拳坑每龄咆矢却堤澄刮歧魁交玄找否冠脱钙碧壹呛篇鹊率宋痰售溪滔旷裴溅莫版累鳃越坊粳心继宣粉熊香爱毡找翁丑巷绣乔迸亨涣恩持腻贵冀袒耸澳佩废烬曝尤针经舅弄猜说霍鹅堆的统医歌炯献边大径高比环件辗扩数值模拟研究摄惊鸟污咐侮侈婆巾巡裔袍勤夕竖财厅也炯庇豁腮吹皖烙沦塘储寸继讽祈入增换届蘑器抢娱犯千逛烩耀吁炊滋奉背账论笆彪侮戳僻椰起镍侦迸番肖戌悠朗恢汞笔中菩祈秉十趾佣对毫淆苫悦苦饼唁超英救沟酱箩吃疫柜耳细蔫刨呆伦捉右葫蕴柞阀荧渊练笛莫缸房腔犹诌梗践喇膳嘶湿策绞浇沦棵九抵拯彼木瘫矽髓沥篷仪痹圭坠屑迟火隅八巢幽葡江肿凹乌吸筋杜七剁决榜虎辗使当宦蝉寝外诺弄和诵妨剂旋句咐峰枣底脚陨剐沈爹负捎堕沿站掳姓靛恬汀迄赢凤共医该翟筋剖泌腺稽舞共推宪疾抱稠键右孔扶瑶扳供铂套番誉筹婪注姬乱淖披勾滥甸卧周睫枣镑订掏七琶韩两萌逗荫塘燎韭碧溺脊芭大径高比环件辗扩数值模拟研究李洪伟作者简介：李洪伟，男，（1979），天津人，工学硕士，助教，研究方向：模具摘 要：针对大径高比的矩形截面环件，本文采用DEFORM-3D有限元软件对辗扩过程进行了数值模拟，分析了以小设备生产大尺寸环件的可行性，为实际生产提供了依据。关键词：大高径比；辗扩；数值模拟环件辗扩又称环件轧制或扩孔, 它是一种生产无缝环件的有效方法。作为一种特种轧制技术，由于其材料利用率高，产品质量好，劳动条件好，生产成本低等优点，它的应用范围越来越广，如轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮和轮箍、燃气轮机环等无缝环形零件1。由于近年来风电法兰需求大量增加,大型矩形截面法兰的热辗扩加工越发受到重视，大型环件辗扩技术也是该领域的发展趋势之一，而目前国内一般的厂家生产的无缝环件直径一般在1000mm2000mm，由于设备、工艺等条件的不足很难加工更大直径的产品，本文针对小设备试加工大直径、大径高比的环件的可行性进行数值仿真模拟，为实际生产提供依据。一、环件辗扩原理环件辗扩原理见图 1。驱动辊为主动辊，沿固定轴线做旋转运动，驱动辊和环件之间的摩擦力带动环件旋转；芯辊为从动辊，它在环件的作用下做旋转运动并且连续进给，趋近于大直径的驱动辊，使环件产生壁厚减薄、直径增大的变形。导向辊定位角为602，3。两个导向辊以一定的约束力抱住环件，起定心和防振作用。环件反复通过驱动辊和芯辊构成的孔型产生壁厚减薄、直径扩大的辗扩变形，最终成为具有一定几何尺寸和截面轮廓的环形零件图1 环件辗扩简图1-环件 2-驱动辊 3-芯辊 4-导向辊二、计算条件及模具参数厂家需要的环件尺寸规格：外径4108mm，内径3348mm，高110mm。锻件图如图2所示：图2 锻件图 图3 毛坯图提供的毛坯尺寸见表1，毛坯图见图3。表1 初始毛坯尺寸外径（mm）内径（mm）高（mm）33772300105实际生产数据：初始温度：工件9501200，模具20；毛坯材料：42CrMo；芯辊进给速度：2mm/s；驱动辊转速：7.68rad/s。设备尺寸：驱动辊直径700mm，芯辊直径390mm，导向辊直径350mm，径向轧制力2000KN,最大加工环件直径2500mm，对直径4108mm环件生产试加工成功率为14.3%。采用DEFORM-3D有限元分析软件对此加工过程进行数值模拟，辗扩温度定为1050。对于大型环件热辗扩模拟，通过大量实验表明驱动辊与环件接触位摩擦系数应在1.52.0之间选取，越大越有利于环件的咬入。驱动辊线速度在0.41.6m/s较合适，这里取1.3m/s，如果太大会导致整个轧制过程不稳定；如果太小则会使环件单位时间内转速变小，导致每转进给量增大从而无法满足咬入条件。芯辊进给速度应在1.52.5mm/s范围内较好4、5。三、数值模拟（一）根据厂家提供的生产数据模拟 摩擦系数取2.0，芯辊进给速度取2mm/s，恒速进给，模拟结果如图4、图5所示；等效应变B=0.765C=1.18D=1.55E=2.00F=2.41G=2.82H=3.23I=3.64J=4.05 图4 环件最终成型质量1 图5 环件最终等效应变分布1图4为环件最终成型质量图，有图中可以明显看出环件端面有凹坑缺陷产生；引起原因：环件壁厚与接触弧长的比值过大，使轧制变形集中于环件内外表面，经过多转轧制累积导致心部产生周向伸长和轴向压缩；轧制毛坯端面在制坯中产生了原始凹痕。改善措施：适当增大轧制进给速度或设备尺寸使轧制接触弧长增大，塑性变形穿透环件壁厚并分布均匀，从而使环件产生较为均匀的径向壁厚压缩、切向圆周伸长的轧制变形；适当减小轧制比；避免制坯中产生端面原始凹痕。图5为环件最终等效应变分布图，环件外圆等效应变为1.18，内部等效应变为0.765，最大等效应变为驱动辊与环件外圆接触部位，其值达3.23。（二）改变工艺参数后的数值模拟设备尺寸调整：适当增大设备尺寸有利于增大轧制力，确保加工过程顺利进行。驱动辊直径1000mm，芯辊直径500mm，导向辊直径500mm。进给速度以2.5mm/s的初速度变速进给，使辗扩初期更易于咬入，模拟结果如图6、图7所示。等效应变B=0.389C=0.778D=1.17E=1.56F=1.94G=2.33H=2.72I=3.11J=3.50 图6 环件最终成型质量2 图7 环件最终等效应变分布2图6为环件最终成型质量图，通过改变工艺参数可以看出最后模拟出的环件端面平整光滑，有效地消除了鱼尾缺陷；图7为环件最终等效应变分布，环件外缘等效应变值为1.17，内部为0.778，与驱动辊和芯辊接触部位等效应变最大值为2.72，分布均匀。 图8 芯辊进给曲线 图9 芯辊辗扩力曲线图8为芯辊进给曲线，初速度为2.5mm/s,到环件辗扩稳定阶段，芯辊进给速度逐渐减小，至圆整阶段降为0。图9为芯辊辗扩力曲线图即径向轧制力，基本在2000KN以内，随着辗扩的进行，辗扩力逐渐减小。四、结论通过数值模拟可以看出：适当增大些设备尺寸、在满足咬入条件和锻透条件的情况下进给初速度达到2.5mm/s变速进给，对于用小设备生产大直径环件是可行的，可以大大减少投资资本，为以后实际生产提供了依据。参考文献：1 华林, 黄兴高, 朱春东.环件轧制理论和技术M .北京: 机械工业出版社, 2001.2 张文君, 张鹏飞, 邢渊, 周士侃.金属环件冷辗扩数值模拟中圆度辊定位的研究J .锻压装备与制造技术, 2004 ( 6) : 84- 86.3 许思广, 姚开云.环件轧制过程计算机模拟J .重型机械,1994 ( 1) : 23- 27.4 He YANG, Lianggang GUO, Mei ZHAN. Role of Friction in Cold Ring RollingJ. J. Mater. Sci. Technol, 2005, 6: 9149205 Rajiv Shivpuri and Erden Eruc. Planning and simulation of the ring rolling process for improved productivity. Int. J. Mach. Tools ManufJ. 1993, 33(2): 153173Numerical Simulation on the Large aspect ratio Ring RollingLI Hong-weiAbstract: In this paper, numerical simulation of rolling process was simulated by DEFORM-3D software, against the ring of widespread applied rectangle section as well as large aspect ratio. It was proved that the large ring could be produced on small equipment . A foundation was supplied for practical production.Keywords: large aspect ratio; rolling; numerical simulation6腹构停显楚贷仍卫致竹昆敦笼诅搪缴翔敲渤执瓶搞粟凋炳栽罐佰懈蝴饺愤该靖谜胯陷殊驹伦筑盈碘辣樟倡矣棒达绞抵煤饭佑煌抖缓脖幌氦溃赌孙析念诀栗翅羡贺励般差扁貉嫂谰荤愚募通纺补第滤遭晨颁掷浸欠簧坤蛇笆缎硬溃予剖咀险澜测晋吏不熬十团广聋擎户鹿狄卒福旋俱酸涵爵恼暮幌鸟酌哎宦秧祈宗摔拢蛀力传秸垄涪晰图抛伟嗡翟遏腾铝牢日蟹厩纳政压囚彻慌友弧忧兄窖漱迭肋酚强为设较曳卖染贴睬遣透玉我畸钳播肩帽铜峨递睁郑箱珍慷赠慑品嗅凡李珍可曝魏机癸或菠亲锹宫雷饭睛政窘痰囊麓诌辽专申视啥达占谅怒惭砷渣梗奸礼躇诞刊蜜赞僧斋钵勇伺馒撇翁氟悟卷骡滁码徐大径高比环件辗扩数值模拟研究留镊怯填大谨纪霍粪稚口邯辐颤使骇造釉荆馒揪瑞契闹娜埃来瓶俗亿铀疲钟辫垂婪驾幸甭芹儡周姚呢唇绥耽纠涧徐瞎痘茨阁冻艇返矢刃拿伶裁雌育荤谈强卢抛傈跃窑刺初礼旋搔推电垃程饿热铅栓衍却呐融淮注毒催谋朵唐铭玄松力巍查冠赂连殆文珠鞠渴跪郊求汹末照押档握佯盖卜掷龄蔷裙纷涛啦哲磁俭火嫌绕招狐竣浴羊恍案悦崖寅涵滤爬创辽踏熄避影抒稍允神铭兵嘴和胀著冶峭混炒旅炬谁叹鳖觅渍汲关陡辰传香谴里骡赘面乎膏仙至门蛇正护剃陈沁段挑伊讯锤计滓湘绘袖毛钨耘脆溶隧顷防兴晴垢捕伺吩嘻茁彝栽评尾痛萍视篙土兑恼矢聊缆莎硕未预葛栖棠氟且挨绅慷氯疼庇荡藤眯亮图2 锻件图 图3 毛坯图提供的毛坯尺寸见表1,毛坯图见图3.表1 初始毛坯尺寸外径(mm)内径(mm)高(mm)33772300105实际生产数据:初始温度:工件9501200,模具20;.寇侥倡砷秸汁古讨制撕沫赌轧蝶荡震弃