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     

楔横轧展宽段的变形特征与应力应变分析

用ANSYS/LS-DYNA3D软件对楔横轧成形过程进行非线性有限元模拟,得到了轧件展宽段的变形特征及截面上应力应变分布规律.基于上述特征和规律,分析了轧件轴肩部分隆起及端头凹心产生的原因,为深入研究楔横轧的成形机理提供了依据.     

工艺参数对楔横轧特大型轧件内部应力影响分析

楔横轧成形特大型轧件为复杂的三维变形，其内部应力变化规律复杂，至今缺乏深入研究与本质理解，严重影响楔横轧的应用与发展。采用有限元先进数值方法模拟楔横轧特大型轧件成形过程，详细分析成形过程中轧件内部中心点的应力变化规律，阐明成形角、展宽角和断面收缩率三个主要工艺参数对特大型轧件内部应力的影响关系，为合理选取楔横轧特大型轧件模具工艺参数、开发设计特大型楔横轧机提供重要的理论依据。     

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.     

楔横轧技术用于铝合金加工的研究

对楔横轧技术进行了简单介绍，重点介绍了铝合金在楔横轧加工的材料流动和应力应变场分布，内部损伤量随模具工艺参数变化的规律；提出了铝合金在楔横轧加工方面发展的新方向。     

三辊楔横轧阶梯轴类件的研究

对三辊楔横轧轧件质量、克服几何限制条件措施及轧机定型设计等进行了研究。结果表明其产品质量好，采用咬合楔轧制等可以克服几何限制条件，扩大了产品范围，产给出了轧机定型设计资料。这些成果为这项技术实际应用提供了理论依据和技术资料。     

展宽角对楔横轧一次成形气门毛坯心部缺陷的影响

以DEFORM-3D 6.0软件为有限元模拟工具,模拟了楔横轧一次成形气门毛坯过程,对不同展宽角下轧件中心点的应力应变场及交变次数进行了研究.在楔横轧H500轧机上进行不同展宽角轧制实验,计算了每个轧件中心孔洞面积,并对其比较分析.结合有限元模拟和实验结果,揭示了展宽角对心部缺陷的影响规律,即相对较大的展宽角有利于改善心部缺陷.实验结果表明:中心孔洞面积随展宽角的增大而减小;在其他参数不变的情况下展宽角取8°40'有利于改善楔横轧一次成形气门毛坯心部缺陷.     

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.     

楔横轧铝合金轧件内部空洞演变

采用数值模拟的手段,研究了楔横轧轧制铝合金时轧件内部空洞演化的一般规律和工艺参数对空洞演化的影响.结果表明:轧件内部单空洞演化的一般规律是球形-椭球形-轧件内部轴向贯通的孔腔;多空洞演化时,位于轧件中心的空洞的变化规律和单空洞时相似,但其余位置的空洞发生了闭合,它们对中心空洞有正作用方面的影响;在模具的各个阶段中,楔入段的后期和展宽段的前期是内部空洞演化的关键阶段;在楔横轧加工的工艺参数方面,展宽角是影响空洞演化的最敏感因素,其次是断面收缩率,再次是成形角.研究证明了小的成形角、展宽角和断面收缩率均有利于轧件内部空腔的扩展.     

楔横轧特大型轴类件变形特征研究

通过有限元Ansys/Ls-Dyna分析软件,对特大型轴类件和小轴类件分别进行楔横轧数值模拟,分析特大型轴类件的应力应变规律,并与小轴类件比较,阐明楔横轧特大型轴类件变形特征研究,为合理选择模具工艺参数,实现特大型轴类件楔横轧精确成形提供重要的理论依据.     

工艺参数对楔横轧多楔轧制成形机理影响分析

针对楔横轧多楔精密轧制长轴类零件中工艺参数的确定主要依靠经验、轧件缺陷频繁发生的难题,采用自主开发的多楔命令流有限元程序对多楔轧制过程进行有限元数值模拟,从理论上较详细分析成形角、展宽角和断面收缩率三个主要工艺参数对轧件内部等效应力、应变和轴向位移的影响,得到其相应的变化规律,并对断面收缩率对轴向位移的影响规律进行实验验证.     

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.     

楔横轧楔入轧制接触面几何形式

在对楔入轧制过程分析的基础上,建立了板式楔横轧楔入轧制接触面的数学模型,确定了轧制接触面方程及其边界方程,以及不同工艺条件、不同轧制阶段下的接触面几何形式.     

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.     

楔横轧内直角小台阶精确轧齐曲线

内直角台阶的轧齐一直是楔横轧的关键技术之一,一般内直角台阶的轧齐曲线公式和算法不适合小台阶的生产应用。为了解决这一问题,通过改进几何模型,针对内直角小台阶的螺旋体体积提出一种新的计算方法。根据楔横轧工艺的特点,比较轧件初始半径与对应辅助圆半径的大小关系,指出了二辊轧齐过程中内直角小台阶的判断条件。根据轧件大端半径与旋转角度的关系,将轧齐过程分成了三个阶段。通过对小台阶螺旋体的分块,将其近似成三个规则体积的组合,推导出了轧齐过程中各个阶段的体积公式。依据体积平衡原理和楔横轧模具特点,得到了二辊楔横轧内直角小台阶随轧件旋转角度变化的轧齐曲线。最后采用刚塑性有限元软件Deform-3D对一定断面收缩率范围内的轴类件进行楔横轧数值模拟,验证了本文所提出的轧齐曲线计算方法的适用性。同时通过对比分析,发现在小断面收缩率轴类件直角台阶成形时展宽角应尽量取小。      

楔横轧单双楔端面移动量变化规律的实验研究

为了弄清楔横轧多楔端面移动量的变化规律,合理设计多楔模具,实现多楔长轴类汽车等零件的经济化生产,对单楔与双楔楔横轧端面移动量规律进行测试,得到端面移动量随工艺参数的变化规律,单楔与双楔端面移动量的对应关系,研究结果为设计多楔模具提供理论基础。     

楔横轧椭圆轴直角台阶轧齐曲线

根据楔横轧工艺的特点,推导了椭圆轴在轧齐过程中螺旋斜锥体大端半径随轧件转角变化的旋转公式.通过对轧齐过程的分析,获得了各阶段的体积公式,并依据体积平衡原理得到了椭圆轴直角台阶轧齐曲线.最后采用刚塑性有限元软件Deform-3D对椭圆轴的轧齐过程进行了模拟,取得了良好的结果,同时验证了曲线方程的正确性.     

楔横轧窄台阶轧齐曲线的微分方程解法

为了解决目前轧齐理论应用于窄台阶轧齐曲线求解时精确性不足的问题,同时为了进一步了解轧齐成形本质,通过改进几何模型,分析并给出各影响因素之间关系函数,将轧齐曲线求解问题描述成为微分方程初值问题.通过软件编程应用数值方法进行求解,得到窄台阶轧齐曲线函数的离散值.使用有限元模拟计算及轧制试验的方法,将计算结果与文献作对比.通过对比分析模拟和实验结果中台阶面的尺寸,证明该解法不但是成立的,而且有利于成形更加精确的内侧较窄直角台阶.     

楔横轧轧制力矩变化规律的实验研究

采用计算机数据采集测试系统,在上下万向接轴上安装滑环传感器,实时测试楔横轧轧制力矩在整个轧制过程中的变化全貌,较详细分析轧制力矩随着轧制过程的进行本身的变化规律、以及在不同断面收缩率和展宽角下的变化规律,为研制大型楔横轧机确定力能参数提供重要的理论依据。     

板式楔横轧接触面的解析分析

在对板式楔横轧轧制过程进行分析基础上,建立了板式楔横轧的几何数学模型,确定了板式楔横轧模具与轧件轧制接触面方程及边界方程。最后利用计算机辅助绘图技术,将结果以图形显示方式形象输出。