楔横轧无料头辊剪制坯端部质量研究.pdf

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1、第27卷第3期，2014年7月宁波大学学报(理工版)首届中国高校优秀科技期刊奖Vo1．27No3，July2014JOURNALOFN1NGBOUNIVERSITY(NSEE)浙江省优秀科技期刊一等奖楔横轧无料头辊剪制坯端部质量研究胡斌，一，柬学道，(1．宁波大学机械工程与力学学院，浙江宁波315211；2．浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室，浙江宁波315211)摘要：为解决辊剪工艺中的端面堆料缺陷，实现楔横轧无料头轧制，运用DEFORM．3D软件建立了辊剪制坯的有限元模型，通过位移法阐明了辊剪过程中堆料缺陷的产生机理，并通过改变

2、工艺参数和创新模具设计的方法来抑制堆料。提高坯料端面的成形质量．结果表明：在设备功耗范围内，堆料值随着轧辊旋转速度的减小而减小，随着进给速度的增大而降低：在模具外圆周处添加挡块能有效地消除堆料缺陷．该研究结果为完善辊剪制坯工艺，实现楔横轧无料头轧制提供了技术支持和理论依据．关键词：无料头：辊剪制坯：堆料：挡块中图分类号：TG335．19文献标志码：A文章编号：1001—5132(2014)03．0103．05楔横轧是一种高效的金属塑性成形技术，是的轧辊可以实现特定形状端面坯料的剪切，与传国内外近几十年来发展起来的近净成形工艺[1]，它

3、统的切削工艺相比，其具有高效节材等显著优点．具有静压成形、金属材料利用率高、生产质量稳定、但在辊剪工艺中，坯料端面的金属堆积现象，制约生产效率高等优点，因而受到加工业界的广泛关了楔横轧工艺的正常轧制流程，阻碍了楔横轧近注[-．净成形的实现．楔横轧成形工艺主要有心部和端部缺陷两种，端面凹心缺陷是制约楔横轧工艺近净成形的常见缺陷之一(图1)【5]．在楔横轧成形过程中，表层金属比心部金属的轴向流速快，使轧件端部产生较大凹心L6J．在实际轧制完成后，必须切除毛坯两端10-20mlTl的料头来保证坯料整体质量．为消除凹心缺陷，实现无料头轧制，马

4、振海等【7J分析了成形角、展宽角、断面收缩率，段万泽分析了精整角、预留端头体积等工艺参数对凹心的影响规律【8]，但由于旋转条件和轧制力矩等设备参数的限制，凹心降低幅度较小．祖汪明采用多楔模具设计的侧图1轧件凹心缺陷楔来抑制端部凹心[9]，但多楔轧制模具偏转角及端综上所述，完善无料头辊剪制坯工艺，消除堆面移动量计算准确度不高，导致模具创新法实际料缺陷，提高坯料端部辊剪质量，是楔横轧研究急应用的价值有限，且通用性不足．魏新红等【6】采用需解决的问题．笔者通过DEFORM．3D软件，建立改变坯料端部形状为圆台形方法是最有效的方法无料头辊剪制

5、坯有限元模型，并用位移法分析了之一，而无料头辊剪制坯工艺通过选择不同形状辊剪制坯工艺中堆料缺陷的产生机理，且提出通收稿日期：2013-11一l8．宁波大学学报(理工版)网址：http：／／joumallg．nbu．educn／基金项目：国家自然科学基金(51075216)；浙江省杰出青年基金项目(R1110646)；宁波大学优秀论文培育基金(PY2013017)．第一作者：胡斌(1989一)，男，浙江兰溪人，在读硕士研究生，主要研究方向：塑性加工工艺与设备．E-mail：hb984244906@163．corn+通信作者：束学道(19

6、68一)，男，安徽舒城人，教授，主要研究方向：塑性加工工艺与设备．E-mail：shuxuedao@nbu．edu．ca第3期胡斌，等：楔横轧无料头辊剪制坯端部质量研究宣g＼匿幂10598765432●O移越大．在远离成形面的表层金属对成形区的表为了解决坯料端面堆料问题，提高辊剪工艺层金属有抑制作用，且随着距离的靠近抑制效果的坯料质量，笔者采用W来反映堆料情况(图5)，越大．辊剪8．0S后，轧辊顺利向心进给，辊剪端面计算式为(2)式．由于堆料截面是不规则的圆形，金属排开体积量增大，轴向速度局韶陕速增大．所以选该截面的最大直径．W=(H

7、1一Ho)／．(2)2010(＼I(I90／、，／r羞一10图5堆料说明-20且为避免因网格畸变造成的局部直径突变，-30246810最大直径为截面等分的18个直径值中最大9个的时间／S平均值．(a)径向位移变化文中有限元模拟实验采用的坯料其具体的参数见表1．表1有限元模拟参数表参数数值毛坯直径，mm轧辊直UA／mm轧辊锥角／。旋转速度／(rad·S。)毛坯长)~／mm加瑚5∞1l轧辊宽度／mm时削／S辊剪温度／℃加(b)轴向位移变化进给速度／(mm-S)图44个点的径向和轴向位移变化通过DEFORM．3D软件模拟后处理得到上述坯料在

8、辊剪端面处轴向位移变化最大，且有12组工况的堆料值，结果如图6所示．由图可知，未变形区金属的轴向抑制作用，使得该端面处的旋转速度和进给速度对于坯料的堆料值都有一定金属不能及时轴向排开，导致了金属径向流动作的影响，且该值随