1、1文献综述空心轴轧制成形数值模拟摘要空心轴以其特有的优点在各种机器中的应用十分广泛，楔横轧是制造空心轴的主要方法。空心轴楔横轧成形过程比较复杂，本文应用有限元分析软件DEFORM研究研究工艺参数对轧制过程中模具、工件变形规律的影响1。对空心轴楔横轧工艺参数的优化具有十分重要的意义。关键词空心轴；楔横轧；有限元1引言空心轴是最常见和用途最广的轴类零件，其具有重量轻，强度高，材料省等优点，被广泛应用于汽车、摩托车、电机中。因此研究空心轴的轧制具有十分重要的意义。楔横轧工艺是指棒料在两轧辊的模具间或在两平板模具之间发生连续局部的塑性变形，使所得到的零件形状与模具底部型槽的形状完全一致。2楔横轧的优缺
2、点与传统的锻造或切削工艺相比，楔横轧工艺具有如下优点（1）生产效率高。每分钟可以轧制1030个工件，通常是其他工艺的520倍。（2）材料节约。在传统机械加工中（如切削加工）约有40的材料以切屑的形式浪费，而在楔横轧工艺中浪费的材料不足10。（3）产品质量好。楔横轧件金属纤维流线沿产品外形连续分布，并且晶粒进一步得到细化，所以其机械性能较好。（4）工作环境好。由于楔横轧轧制过程中无冲击，噪音小，工作环境得到改善。（5）自动化程度高。楔横轧件从成形、表面精整到最后成品都是由机器自动完成，所需操作人员少2。当然楔横轧工艺也存在着缺点2（1）模具大并且复杂。楔横轧的模具都比较大，并且复杂，所以工艺调整
3、也相对复杂。（2）设备不通用。楔横轧机只能成形轴类件，或者为非轴类零件制作坯料，不如模锻设备锻造的零件范围宽等。3国内外研究现状环件轧制技术起源于19世纪火车轮箍的研究，1842年英国建造了轮箍轧机，1886年俄国奥斯特洛维茨炼铁厂成立了火车轮箍的生产车间。直到20世纪60年代初，原捷克斯洛伐克的工程师JIRIHELUB首次将楔横轧技术应用于工业生产，随后在莱比锡国际会上展出，得到人们的广泛重视3。苏联机械制造与工艺研究院于1976年研制成功二台全自动的楔横轧机4。这种全自动的楔横轧机己成功的在买里托保利斯基拖拉机液压部件厂投入生产。在国外，用楔横轧生产的产品广泛应用于电机轴、汽车变速箱二轴等
4、，产品的直径范围为6150MM，长度范围为401200MM。楔横轧既可以生产零件毛坯，又可以为模锻件制坯，还可以实现无切屑的精轧5。楔横轧工艺主要以热轧为主，小直径产品也可以实现冷轧。而我国国内在20世纪50年代就开始楔横轧的探讨与实验工作6。上世纪60年代初，重庆大学等进行楔横轧汽车球销的研究工作，并获得初步成功7。从70年代初起，原北京钢铁学院（现北京科技大学）就开展了楔横轧技术的研究和推广，先后帮助工厂建成楔横轧生产线40多条，开发并应用于生产的零件130多种，包括汽车、拖拉机、摩托车、油泵和水泵等机器的轴类零件8。其研究成果被国家科委列入中华人民共和国重大科技成果（19791988），
5、并被国家科委、国家教委以及冶金工业部确立“轴类零件轧制（斜轧与楔横轧）研究与推广中心”9。吉林工业大学的梁继才、任广升、白志斌等，应用电测法对空心件楔横轧变形载荷进行了测试，根据实测结果，分析了工艺参数对变形载荷的影响10。他们还通过对空心件楔横轧变形特点的分析，建立了空心件楔横轧的上限法模型，并利用该模型分析了空心件楔横轧工艺参数对轧件壁厚变化的影响，提出了研究空心件楔横轧壁厚变化预测的新方法11。通过几十年的研究、实践，3我国楔横轧技术无论是在设备方面还是在工艺方面都取得了一定的进展，现已成为世界上开发和投产楔横轧产品最多的国家之一12。随着我国制造业的发展，楔横轧技术必将为我国节能、节材
6、、高效生产领域发挥重要作用。空心轴楔横轧过程是一个复杂的弹塑性变形过程，影响因素众多，模具形状、毛坯形状、材料性能、温度及工艺参数等均有影响，该过程涉及到几何非线性、材料费线性、边界条件非线性等一系列难题13。楔横轧工艺传统的研究方法主要采用“经验法”，这种设计方法往往需要反复修改，浪费了大量的人力、物力，生产效率不高。随着计算机技术的快速发展，有限元法已经广泛应用到金属塑性成形加工过程的数值模拟中14。采用三维有限元数值模拟，可得到金属塑性成形过程的金属流动、应力应变等规律，也可以进行模具受力分析，并能预测出可能的缺陷及失效形式15。4楔横轧的意义和展望综上所述，鉴于传统的空心轴加工工艺存在
7、种种不足，楔横轧工艺具有先进的优越性，故采用有限元模拟技术对空心轴楔横轧成形过程进行模拟，实现楔横轧变形全过程仿真，研究工艺参数对轧制过程中模具、工件变形规律，具有十分重要的现实意义。当今工业发展对企业的要求是，在满足精度要求的条件下最大限度的提高生产效率，降低开发成本，采用有限元模拟技术，通过对模拟结果的分析、楔横轧工艺参数的优化，缩短了磨具设计周期，避免了物力、人力的巨大浪费，从而大大提高劳动生产效率。参考文献1杨翠苹楔横轧展宽过程的三维有限元分析D北京科技大学2001（3）7152左虹空心轴取代实心轴的设计与应用J石油化工设备1997（4）61753RNEUGEBAUER,MKOLBE,
8、RGLASSNEWWARMFORMINGPROCESSESPRODUCEHOLLOWSHAFTSJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY119200824284SURANKAR,MLOVELL,CMORROW,QLI,KKAWADADEVELOPMENTOFACRITICALFRICTIONMODELFORCROSSWEDGEROLLINGHOLLOWSHAFTSJOURNALOFMATERIALSPROCESSING4TECHNOLOGY177200643475贾正锐，梁继才，白志斌等空心件楔横轧变形载荷测试J实验技术与试验机1993（3）22266李显玉
9、凸轮轴轧制工艺的研究J模具制造2007（12）18257卫原平，彭颖红，阮雪榆金属塑性成形过程的计算机模拟系统J上海交通大学学报1996（3）30368束学道，胡正寰大型轴类件楔横轧成形可行性分析J重型机械2005（4）85899汪建敏，余凯飞，胡密，祝海燕，龚贵春空心轴类件楔横轧仿真及壁厚变化规律J热加工工艺2008（23）485110梁继才，任广升，白志斌等空心件楔横轧参数对轧件壁厚变化的影响J农业机械学报19961344011吕增亭楔横轧轴类零件的矫正J机械工程师199812222912张巍，胡正寰轴类零件轧制技术的应用与发展J机械工人（热加工）2001（1）444813刘光宇，虞跃生，万贤毅计算机模拟技术在金属塑性成形中的应用J汽车科技2000（6）81314李传民，王向丽等DEFORM503金属成形有限元分析实例指导教程M北京机械工业出版社2007293615应富强，张更超，潘孝勇三维有限元模拟技术在金属塑性成形中的应用J锻压装备与制造技术2003（5）3744
