環(huán)件輾軋工藝有限元模擬與優(yōu)化.pdf

1、輾環(huán)是用環(huán)形毛坯在旋轉(zhuǎn)的模具中進(jìn)行軋制。其特點(diǎn)是借助軋環(huán)機(jī)和軋制孔型使環(huán)件產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，因此可在低載荷下實(shí)現(xiàn)壁厚減小、直徑擴(kuò)大、截面輪廓成形的塑性加工工藝。 要成功的模擬環(huán)件軋制成型還依賴于很多因素：如輾擴(kuò)比、毛坯的制坯尺寸、主輥的轉(zhuǎn)速、芯輥的進(jìn)給速度等等。金屬塑性成形過程模擬是實(shí)現(xiàn)在短周期內(nèi)，以低成本設(shè)計(jì)出參數(shù)合理的模具，生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，它可以實(shí)時(shí)描述整個(gè)金屬塑性成形過程。三維立體模型的正確建立是模擬的先決

2、條件。本文通過三維立體建模軟件Solidworks構(gòu)建了模擬所需的三維立體模型，用Deform-3D對(duì)環(huán)件輾軋過程進(jìn)行了模擬。 本文采用DEFORM 3D有限元分析軟件先對(duì)平面鐓鍛模型進(jìn)行了模擬研究。通過改變上下模的運(yùn)動(dòng)方式來研究運(yùn)動(dòng)方式對(duì)環(huán)件鐓鍛過程中應(yīng)力、應(yīng)變的影響；通過對(duì)尺寸及輾擴(kuò)比不同的環(huán)件的模擬，研究環(huán)件鍛透的最小進(jìn)給量；通過改變摩擦系數(shù)值進(jìn)行模擬，研究摩擦對(duì)鍛透的影響。最后，對(duì)環(huán)件的輾擴(kuò)成型進(jìn)行了有限元模擬。對(duì)環(huán)件在

3、輾壓過程中外形的變化，應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的分布情況進(jìn)行了分析，從對(duì)載荷行程曲線的研究中得出了輾壓中載荷的計(jì)算方法。 文中針對(duì)現(xiàn)有的關(guān)于輾擴(kuò)成型的文獻(xiàn)在討論鍛透時(shí)采用的平鐓模擬的現(xiàn)狀，建立了環(huán)件輾軋的有限元模型，該模型與生產(chǎn)中采用的模具和變形體具有相同的幾何尺寸，同時(shí)還能夠通過改變摩擦因子來考慮摩擦的影響。研究表明：由于平鐓模擬的基礎(chǔ)上簡化而來的理論最小壓下量的計(jì)算公式是偏小的，在理論最小壓下量下環(huán)件斷面上的最小等效應(yīng)變只有0.05～0

4、.09％。影響環(huán)件鍛透的最小進(jìn)給量的因素很多，很難用簡單的公式進(jìn)行計(jì)算，有限元模擬可以給出較好的預(yù)測(cè)。對(duì)摩擦研究表明：摩擦值越小應(yīng)變分布區(qū)域越寬，環(huán)件變形越容易，有利于鍛透；對(duì)主輥及芯輥的模擬研究表明：主輥和芯輥直徑的增大都有利于環(huán)件鍛透；通過對(duì)環(huán)件成型的整個(gè)過程進(jìn)行模擬，得到了環(huán)件成型過程中的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況及載荷行程曲線。比較模擬和實(shí)測(cè)載荷行程曲線可知，當(dāng)摩擦因子m=0.7時(shí)模擬載荷值比實(shí)測(cè)值高4～5％，因此在實(shí)際生產(chǎn)中可以用取m