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楔横轧是一种高效、低耗、产品质量好的轴类零件成形新工艺、新技术,是当今先进制造技术的组成部分。楔横轧经过几十年的发展,其实践经验技术已达到很高水平。但由于楔横轧成形机理十分复杂,加之影响因素众多,理论上某些方面还有待于进一步的探讨和研究。而有限元模拟技术有助于解决这些问题,但由于有限元模拟技术在楔横轧成形模拟中的应用正处于起步阶段[1],其研究面较窄,人们对于阶梯轴的楔横轧成形仍采用传统的实践实验法进行研究。因此,进行楔横轧阶梯轴成形过程的有限元仿真与分析,对于楔横轧的理论发展和技术推广有着重大的意义。
首先,分析了楔横轧的轧制原理及轧齐理论,并进行了深入研究,得出了一些关键结论:轧制时金属的流动规律,轧件的主要缺陷——中心疏松与轧件端面凹心等发生机理,为零件质量打下基础。
然后根据楔横轧原理进行模具设计。得出了确定各个工艺参数的一般原则及方法。这一方法为今后进行楔横轧的设备设计奠定了基础。
最后,在上述工作的基础上实现了轧制成形过程、轧制应力场与应变场,模具设计与制造的数据模拟及仿真。证明了所提出的楔横轧有限元建模的可行性及实用性。
轴类零件楔横轧塑性成形数值模拟要首先建模,导入ANSYS/S-DYNA后定义单元类型[2]、实常数、材料模型,通过复制移动等生成轧辊和工件,划分网格后生成有限元模型,然后定义接触、定义约束、定义载荷,设定求解参数,求解。求解完成后,用1S-PREPOST程序查看并分析求解的结果[3],观察轧制变形过程,查看应力、应变场的动态变化、端部凹心缺陷等。通过楔横轧塑性成形的数值模拟能够为零件轧制成形工艺优化,模具设计,产品质量检测提供先进的分析工具。