楔横轧多楔轧制高铁空心车轴壁厚均匀性

在空心轴楔横轧多楔轧制中,控制壁厚均匀性是衡量车轴成形质量的重要标准.本文先分析空心轴楔横轧多楔轧制的稳定轧制条件,得到了确定空心车轴楔横轧压扁失稳的准则.在此基础上,基于DEFORM-3D软件,建立楔横轧多楔同步轧制高铁空心车轴的三维刚塑性有限元模型,分析展宽角、成形角等工艺参数对壁厚均匀性的影响,获得了工艺参数影响轧制空心车轴壁厚变化的规律.结果表明:成形角越大,壁厚均匀性越好;展宽角越大,壁厚均匀性越好,但在展宽角大于10°时,壁厚均匀性反而下降.基于多楔轧制实验,轧制1∶5缩比的空心车轴,测量了轧制力矩和轧制空心轴的壁厚,与仿真结果作比较,相对误差均在10%以内,验证了所建有限元模型的正确性.      

楔横轧等内径空心轴的热力耦合数值模拟

应用三维刚塑性有限元DEFORM-3D软件对等内径空心轴类零件的楔横轧成形进行了热力耦合数值模拟,分析了轧制过程中轧件内部的应力、应变场及温度场分布规律,揭示了轧件变形过程中横截面椭圆化和轧件外表面轴肩部分产生隆起以及内表面在靠近台阶处产生凹陷的原因,阐述了轧件在轧制过程中温度的变化及变化的原因.模拟结果表明,用楔横轧工艺轧制等内径空心轴是完全可行的.     

楔横轧梯形螺纹轴成形机理

通过分析螺纹轴齿形成形过程,并结合金属流动特点,获得楔横轧梯形螺纹轴的成形机理.考虑到轧制过程轧件螺旋升角瞬时变化特点和成形段齿形截面变化等因素设计了楔横轧模具,采用有限元分析软件Deform-3D对楔横轧梯形螺纹轴齿形成形过程进行模拟,得到精度较高的梯形螺纹轴轧件.利用有限元点跟踪功能,对轧件多个点进行跟踪,详细分析了轧件螺纹不同位置各点的径向、轴向位移变化情况,从中获得螺纹段各处金属流动规律.采用软件模拟参数进行了相应的楔横轧实验,得到的梯形螺纹轴实验轧件与有限元模拟结果相同.模拟和实验结果表明,模具螺旋升角采用轧件瞬时半径对应螺旋升角时,能够轧制出形状精确的螺纹轴.      

芯棒直径对楔横轧5Cr21Mn9Ni4 N空心气门壁厚均匀性的影响规律

楔横轧空心轴类件存在壁厚分布不均问题,特别是在小直径大长径比空心件楔横轧成形中更为突出.本文在Gleeble-1500D热模拟实验机上进行了5Cr21Mn9Ni4N耐热钢的热压缩实验,得到了5Cr21Mn9Ni4N的热变形本构方程.通过改变芯棒直径,采用有限元仿真和实验相结合的方法,研究了楔横轧轧制空心气门过程中的壁厚变化规律.研究结果表明,带芯棒轧制时,芯棒直径存在临界值,在该值下进行轧制,空心气门预制坯壁厚均匀性最优;楔横轧空心件时,金属轴向均匀流动是壁厚均匀的必要条件;轧件轴向拉应变减小,径向压应变变大,周向应变在0附近且为拉应变时,壁厚较为均匀.      

楔横轧蜗杆轴毛坯成形技术研究

针对蜗杆轴应用范围广、需求量大,目前加工效率低的难题,提出了楔横轧蜗杆轴轧制方法.介绍了楔横轧蜗杆轴设计思想及成形基本原理,采用有限元模拟蜗杆轴轧制过程并在楔横轧机上对相同工况进行实验验证,得到轧件质量较好,与模拟结果基本相同.研究结果表明,楔横轧轧制蜗杆轴毛坯技术是一种高效、可行的轧制技术,它对于楔横轧技术的研究、推广以及蜗杆轴工业生产自动化发展具有重要的现实意义.     

两辊楔横轧等内径空心轴产生椭圆原因的数值模拟研究

针对两辊楔横轧等内径空心轴轧件易产生椭圆的问题,采用有限元数值模拟方法,研究了两辊楔横轧等内径空心轴的轧制成形过程及应力应变情况.结果表明成形过程中轧件的径向压缩和轴向流动不匹配,造成金属切向流动显著、圆周长大,这是椭圆形成的主要原因.      

楔横轧成形25CrMo4厚壁空心轴件的不圆度分析

机械结构轻量化的主要途径是在结构上采用空心轴.近年来, 采用楔横轧带芯棒轧制空心轴类件的工艺得到了较广泛的关注.厚壁空心轴类件在楔横轧轧制过程中易发生“失圆”现象.本文通过热压缩实验研究了25CrMo4合金钢在楔横轧变形条件下热变形行为, 获得其真应力-应变曲线.在此基础上, 基于Deform-3D有限元软件, 建立25CrMo4厚壁空心轴楔横轧有限元仿真模型, 分析厚壁空心轴楔横轧成形机理, 研究得出断面收缩率、成形角、展宽角对轧件不圆度的影响规律: 断面收缩率增大, 不圆度减小; 成形角增大不圆度减小, 轧制温度越高减小趋势越明显; 展宽角增大不圆度增大, 提高轧制温度抑制增大趋势.选取部分工艺参数进行楔横轧验证实验, 对比了有限元仿真结果和实验结果, 表明有限元仿真模型预测精度较高.      

凸轮轴楔横轧精确成形机理

基于凸轮轴楔横轧精确成形原理,针对一种简单典型凸轮轴的楔横轧精确成形,采用DEFORM-3D有限元软件,利用三维刚-塑性有限元法对整个凸轮轴楔横轧轧制过程进行了数值模拟,得到了较为理想的凸轮形状成形结果,系统分析了凸轮轴楔横轧轧制过程中轧件的应变分布状态,以及轧件金属的轴向、径向和周向的流动规律.根据凸轮轴楔横轧的实际实验结果和数值模拟结果的对比,结果表明,数值模拟结果与实验结果相符合,利用楔横轧精确成形凸轮轴是可行的.     

楔横轧精整段的应变分析

应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对楔横轧轴类件进行轧制过程的模拟,分析了精整段轧件不同横截面中心点径向应变和横向应变的交变规律.选取轧制实验模型与有限元分析结果做比较,得到了此变化规律与轧件心部产生破坏之间的关系,为深入研究楔横轧的疏松机理提供了依据.     

楔横轧多楔轧制展宽段应力与应变有限元分析

楔横轧多楔轧制是主楔和侧楔同时对轧件进行径向压下、横向扩展并轴向延伸的塑性成形。多楔轧制与单楔轧制相比 ,其成形过程中应力场、应变场变化规律更加复杂。针对楔横轧多楔轧制特点 ,在LS/DYNA有限元软件基础上进行二次开发 ,成功地仿真了楔横轧多楔轧制过程 ,并对其展宽段的应力、应变场变化规律进行详细分析 ,得到了在料既不堵又不拉情况下多楔轧制应力比单楔轧制应力变化时间长、变化幅度大的结论     

汽车变速器输入轴塑性成形工艺

输入轴是汽车变速器中重要零件,针对其特殊结构提出一火加热和轧锻结合的塑性复合加工工艺,即采用圆柱坯料只进行一次加热,依次采用楔横轧和锻造工艺加工塑性成形输入轴.本文分别设计楔横轧和锻造模具,并进行相关实验.在锻造工艺中轴部圆角采用挤压方案成形,避免其出现折叠缺陷.阶梯轴作为两步工艺的中间产品,其在复合工艺过程中起到承上启下的作用,分别对阶梯轴锥角和轴长进行实验与分析,确定参数的最佳选取范围,并最终通过复合工艺加工成形输入轴.输入轴齿形填充饱满,各部分无缺陷.      

楔横轧小断面收缩率轧件螺旋组织缺陷研究

轧件发生局部变形是楔横轧的主要工艺特征,尤其小断面收缩率轧件轴向流动能力弱,内外变形差异显著导致楔横轧成形困难.除了容易产生心部破坏缺陷,在轧件表层一定范围内出现的螺旋组织缺陷,也会降低产品的机械性能.本文通过轧制实验,展示出轧件螺旋组织缺陷宏观上呈现为车削后在表层一定深度范围内沿展宽螺旋线分布的亮带,微观上由轧件表面折叠向内部延伸呈带状分布的组织形态.结合有限元数值模拟方法研究了缺陷产生的主要原因,发现由于成形区的金属发生沿展宽负向的金属流动,导致轧件形成沿展宽螺旋线分布的表面折叠和小轴向应变带.同时,螺旋带附近较大的径向压缩使轧件由表面向内部沿折叠裂纹方向组织具有方向性.采用对模具楔尖倒圆角局部改善金属沿负展宽方向的轴向流动,可以既消除表层螺旋组织缺陷,又避免轧件心部损伤风险,使成形质量满足使用要求.经实验验证,确定了模具楔尖圆角的最优取值.      

展宽角对楔横轧4Cr9Si2气门成形质量的影响

借助刚塑性有限元DEFORM-3D对4Cr9Si2马氏体耐热钢楔横轧成形过程进行了数值模拟,分析了展宽角对楔横轧轧件成形缺陷的影响规律.在楔横轧轧制刚楔入时,轧件的心部受到三向拉应力的作用;展宽角减小,轧件在楔入段时三向拉应力最大值和持续时间增大,使心部缺陷产生的可能性增加;而展宽角减小,金属轴向流动速度加快,使得对称中心在楔入段完成后的直径减小,而轴向力则随着展宽角减小,其数值还有一定的增大,最终将导致对称中心横截面拉细状况的产生;随着展宽角增大,表面螺旋痕将会增加,但展宽角对表面螺旋痕的影响不明显.通过实验验证了有限元的正确性和模拟结果的可靠性.      

椭圆孔型张减过程模拟及横向壁厚分布预测

通过对宝钢钢管厂１５２．５ＢＯ椭圆孔型系统主变形机架生产不同壁厚管子的轧制过程进行三维弹塑性有限元模拟,得出经减径后管子沿圆周方向的壁厚分布不均,产生内多边形的缺陷,随着总减径率和壁厚的增加,引起内多边形的程度增大。根据模拟结果对１５２．５ＢＯ椭圆孔型系生产不同规格的管子引起管子在沿圆周方向的壁厚不均进行预测。     

复合板轧制界面周期性波动的模拟与试验

 为了探究复合板轧后复合界面产生周期性厚度波动的机理和影响因素,基于商用有限元分析软件ABAQUS建立了铝/钢/铝三层对称复合板轧制的有限元模型。通过对轧制过程复合板各层应力变化规律的分析,表明在铝/钢/铝复合板轧制过程,钢层和铝层存在明显的变形不协调现象,铝层的变形趋势明显大于钢层,导致钢层在轧制方向产生拉应力并使钢层发生厚度减薄。同时厚度减薄的发生改变了周围区域的应力分布,使厚度波动呈现周期性特征,通过实验室的轧制试验验证了模拟和分析结果的正确性。