薄型环件多环轧制成形数值模拟研究

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薄型环件一般指高径比小于1:25的环形零件,广泛应用于汽车后桥驱动加强环等机械领域。该类薄型环件往往采用焊接、铸造、等离子切割等传统工艺进行生产加工,但这些工艺往往存在生产效率低、环件性能差、工作环境恶劣等缺陷。环件轧制是生产无缝环形零件的特种加工工艺,与其他工艺相比具有加工性能好、节能节材、生产成本低、生产效率高等优点,但薄型环件难以直接采用环件轧制的方法进行生产加工,因为在轧制过程中,薄型环件冷却速度过快、表面氧化程度高从而造成成形阻力大,畸变严重,最终难以加工出合格的产品。本文以某载重车后桥驱动加强环为研究对象,提出了一种薄型环件多环轧制成形方法,即一次性轧制出多个薄型环件,不仅保证了环件的力学性能,而且提高了生产效率、节约了成本。该轧制过程分为矩形截面环件轧制阶段和深沟槽环件轧制阶段,目前针对矩形截面环件轧制的研究已经相当成熟,所以本课题只对深沟槽轧制阶段进行研究。通过DEFORM软件对该轧制成形过程的工艺参数以及变形规律进行数值模拟分析,主要包括以下内容:(1)基于薄型环件轧制过程中冷却速度过快的现象,研究分析轧制个数对该轧制成形过程的影响,对比分析不同轧制个数下的成形效果、温度变化以及轧制力,最终确定该轧制成形方案的轧制个数。(2)研究分析驱动辊凸台形状对沟槽成形效果的影响,分别将凸台截面形状设置为矩形、三角形和梯形,并对不同截面形状下轧制成形效果进行对比分析;同时,研究分析凸台圆角半径对该轧制成形过程的影响,对不同凸台圆角半径下轧制成形效果及轧制力进行对比分析,最终确定出合理的凸台形状。(3)探讨芯辊进给速度对该轧制成形过程的影响。根据该轧制的特点,将该轧制过程分为轧制初期、轧制中期、轧制末期三个阶段,模拟分析进给速度对各个轧制阶段的影响,并对其轧制成形效果进行对比,最终确定该轧制成形方案合理的进给路径。(4)研究分析驱动辊转速对该轧制成形过程的影响,分别对不同驱动辊转速下的成形效果以及圆度误差进行对比,最终确定出该轧制成形方案合理的驱动辊转速。(5)对该薄型环件多环轧制成形过程的变形规律进行研究,重点分析沟槽处应力随时间变化规律以及应变沿环件轴向的分布规律,揭示环件壁厚、径向尺寸以及轴向尺寸随时间的变化规律。(6)提出薄型环件多环轧制成形方法,对其轧制原理、成形过程以及工艺参数设计进行了分析,申请了国家发明专利,并已受理。
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