火车轴径向锻造机锤头的有限元分析及优化

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1、中文摘要近年来，随着我国经济的高速发展，我国的铁路建设进入了快速的发展阶段，连续6次铁路运输的提速，对铁路运输车辆中行走机构的主要零件的制造质量、安全可靠性及重量等都提出了更高的要求。本文研究的车轴来源于行走机构的主要零件，由于SX32型径向锻造机上锻造RD2型车轴出现了许多的问题，比如钢材消耗量较大、端部凹坑较大、表面质量较差、生产效率较低等，而且径向锻造过程是典型的三维大变形问题一坯料通常边旋转边作轴向送进，并且由于锤头的高频率锻锤，这就造成了理论分析的复杂性，即便采用FEM数值模拟，其计算量之大，

2、在一定程度上也对相关问题的研究造成了影响。因此，该锻造过程的报道国内外鲜见，所以对现有车轴锻造模具的优化工作意义重大．本文基于金属塑性体积成形理论和有限元理论，对车轴成形的工艺过程进行计算机模拟仿真和试验对比研究．对其优化的模具进行了较为深入的论证，为生产实际提供了理论依据．本文采用材料热力学试验模拟和计算机数值模拟相结合的现代集成研究方法，首先要确保计算机模拟环境与实际生产环境的相同。由于DEFORM-3D软件材料库中没有50钢和25CrM04的不同温度下的应力应变曲线图，所以进行了两种材料的热模拟实

3、验，得出它们的本构关系。其次在卧式精锻机的设备环境下，应用DEFORM．3D有限元软件模拟锻造实心轴的整个过程，并在毛坯成形过程中的材料流动模式和应力应变分布研究的基础上，分析不同锤头结构对车轴成形的影响，从而获得锤头工作表面较好的形状和尺寸。本文得出的结论是：(1)对于RD2型车轴使用有预成形段的锤头，其成形效果会更佳。(2)带有双圆弧整形表面的锤头，锻出的车轴不仅表面质量有所提高，而且对毛坯的锻造的车轴内部质量也随之提高，锻透效果也较好，端部的凹坑有所减小。(3)当选择锤头工作表面整形段长度尺寸为1

4、80ram时，使用带有双圆弧整形段锤头不仅可以提高锻件的质量，而且节约了材料，提高了生产效率。(4)将选出的锤头用于空心轴的锻造中，为空心轴的进一步研究奠定了基础。关键词：空心轴锤头径向锻造数值模拟有限元ABSTRACTFiniteElementAnalysisandOptimizationoftheRadialyForgeHammerMajor：WeiJian-jun．Directedby：LiuJian-shengABSTRACTInrecentyears，asChina’Srapideconomi

5、cdevelopment，China’Srailwayconstructionhasenteredarapiddevelopingstage，thetrainhasincreasespeedforsixconsecutivetimes．Therewillbeahigherdemandonthemainpartsoftherailwaytransportationvehiclesoperatingmachineryaboutmanufacturingquality,reliability,safetyan

6、dweight．Thisarticlemainlystudyabouttheaxlewhichcomesfromthemainbodypartsoftheoperatingmachinery．AstherearemanyproblemsaboutRD2-axleforgedontheSX32-radialforgingmachine，suchaslargersteelconsumption，higherendofthepit，poorqualityofthesurface，lowproductionef

7、ficiencyandSOon．Andradialforgingprocessisatypicalproblemofthree-dimensionallargedeformation--blankusuallybothrotationandaxialfeeding．Andthehigh—frequencyforginghammercausedthecomplexityofthetheoreticalanalysis，evenusingFEMnumericalsimulation，thelargeamou

8、ntofthecalculation，toacertainextent，willimpactonthestudyofrelatedissues．Thereisfewreportontheprocessofforgingathomeandabroad，SOtheoptimizationoftheexistingaxlemoldisofgreatsignificance．Thispaperisbasedonthemetalplasticvolu