径轴向环件轧制成形过程数值模拟研究

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径轴向环件轧制技术由于具有成形质量高、材料利用率高、生产效率高、生产成本低等优点,已被广泛用于生产不同材料、不同的直径尺寸以及不同的截面形状的环件。然而其成形过程异常复杂和多变,在工厂实际生产中,大多依靠人的经验采用传统的试凑法,这使得产品的生产周期长、产品单一、生产成本高。因此,本文采用有限元数值模拟,对关键的工艺参数设计提供依据,为实际生产提供理论指导。本文以法国Transvalor公司的Forge有限元软件为平台,以刚塑性有限元理论为基础,根据实际轧制的工作原理,建立了径轴向环件轧制有限元模型。通过仿真数据和实际生产数据进行对比,验证了所建立模型的可靠性,并阐述了径轴向环件轧制成形的变形规律。设计了初始环坯尺寸和恒定进给速度、恒定每转进给量、恒定外半径增长速度等三种不同的芯辊进给方式,通过比较分析得出:芯辊以恒定进给速度进给是一种简单而易实现的进给方式,但由于后期环件外半径增长速度过快,不易控制环件轧制过程的稳定性;芯辊分别以恒定每转进给量进给、恒定外半径增长速度进给时,初速度分别为2.4mm/s、3.72mm/s,相对比较大,需要较大的轧制力,对设备的要求更高;芯辊以恒定外半径增长速度进给时,温度差为88.7℃,是三种进给方式中温差最大的,不利于控制轧制过程中温度的稳定性。本文最后根据实际生产需要建立了异形截面环件径轴向环件轧制有限元模型。采用芯辊分步进给的进给策略,首先初始轧制阶段以2mm/s恒速进给;稳定轧制阶段采用的恒定外半径增长速度2mm/s的进给方式进给;最后整形阶段以恒定外半径增长速度1mm/s的进给方式进给。对一个生产周期内的轧制过程进行了数值模拟,得到了比较符合要求的成形环件,并对异形截面径轴向环件轧制过程中的变形规律做了初步探索,从而将矩形截面轧制有限元模型延伸到异形截面环件,进一步拓宽有限元数值模拟仿真的应用范围,丰富产品的多样性。
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