DEFORM楔横轧成形工艺工业应用.docx

1DEFORM楔横轧成形工艺工业应用撰文安世亚太科技股份有限公工艺产品部晏建军一前言楔横轧工艺主要适用于带旋转体的阶梯轴类零件的生产如车辆内烧机等变速箱中的各种齿轮轴发动机中的凸轮轴等因楔横轧工艺设计不合理产生的成形缺陷如端头凹心表面螺旋痕轧件拉缩及缩松与空洞等也是该类产品生产中遇到的常见难题DEFORM金属楔横轧成形模拟技术可实现轴类件的成形工艺过程分析预测轧制缺陷优化楔横轧工艺参数及轧制模具设计二楔横轧成形工艺技术及特点楔横轧成形是在两个同向旋转的轧辊模具的楔形凸起作用下带动工件旋转并使毛坯产生连续局部变形最终轧制成楔形孔型的各种台阶轴轧制过程中主要为径向压缩和轴向拉伸变形如图1所示与锻造铸造成形工艺相比楔横轧有诸多优点1具有高的生产效率每分钟可生产625个产品生产效率平均提高520倍2材料利用率高铸锻加工方式材料利用率一般只有60左右楔横轧成形的每个产品只损失料头利用率达80以上23模具寿命较长楔横轧过程中模具受力较小因此模具寿命较长4加工精度高热轧件径向尺寸公差可控制在0205mm长度尺寸公差可以控制在011mm5产品质量高金属在轧制过程中晶粒得到细化产品机械性能得到明显提高三DEFORM楔横轧成形工艺方案的工业应用尽管楔横轧工艺具有上述多种优点但若工艺参数设计模具结构设计摩擦条件等不合理则会造成轧件成形尺寸不合格轧制力过大出现端部凹心轧件拉缩加工过程工具窜动表面螺旋痕及因曼内斯曼效应造成的缩松及空洞等缺陷严重影响产品质量因此如何进行楔横轧工艺参数优化及模具楔形结构设计成为需要解决的问题影响楔横轧成形的因素包括楔展角成形角断面缩减率摩擦系数旋转速度轧制温度和轧件尺寸等因此如何在工艺及模具设计阶段优化工艺设计参数是提高楔横轧成形精度降低研发成本的重点楔横轧数值模拟技术正逐渐应用于轴类件轧制成形工艺的工业研究通过楔横轧工艺模拟可提前预测成形缺陷获得成形尺寸应力应变温度变化和轧制力等各种轧制结果指导楔横轧工艺及模具结构的设计DEFORM楔横轧成形技术可考虑工件在冷热条件下轧制工艺过程的种种影响因素通过精确模拟轧制过程获得应力应变温度场3缺陷产生时刻及位置和轧制力曲线等结果从而优化轧制工艺参数及楔形结构设计提高生产效率如图2所示1DEFORM楔横轧应力应变分析楔横轧成形过程中金属材料受到楔形模具的挤压滚动作用产生塑性变形变形过程中产生轴向径向和环向拉压应力应力的变化和大小可以判断成形裂纹缩松的潜在产生位置等应变可以反映局部变形强度及加工硬化区域的分布轴类件楔横轧成形变形过程如图3所示2DEFORM楔横轧成形尺寸金属材料受到轧辊模具楔形面的挤压材料向实心或空心轴径向流动的同时也延轴的方向流动从而使轴轧制成所需长度阶梯轴各部位成形尺寸可通过DEFORM模拟计算准确获取如图4所示3DEFORM楔横轧缺陷预测轧制工艺参数及模具楔形结构的设计都将影响到楔横轧的成形结果DEFORM可以预测轧制过程中发生的各种缺陷并可直观获得缺陷产生时刻及位置指导成形工艺的优化及模具设计图5和图6显示了内端面凹心缺陷及拉缩现象4DEFORM楔横轧微观组织计算运用DEFORM结构热微观组织耦合计算能力可实现楔横轧成4形过程中结构变形传热微观组织演变及晶粒长大的模拟分析轧件晶粒尺寸在不同变形阶段变化的具体原因通过微观组织模拟可预测成形回复再结晶的晶粒形核尺寸长大及晶界等结果避免粗晶的产生从而提高成形的总和力学性能通过DEFORM的CA算法可以直观地获取微观组织演变现象如图7所示四结语轴类件楔横轧成形工艺在多种轴类件的生产中得到应用DEFORM模拟技术可很好地模拟楔横轧成形工艺的各种结果及现象实现轧制工艺参数优化指导模具结构设计