楔横轧制坯典型工艺缺陷分析与模具设计

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楔横轧轧制工艺是一种将两个带楔形孔型的模具分别固定在上下两个轧辊上,轧辊向相同的方向旋转,带动圆柱形坯料旋转,通过模具型腔的作用下,成形出各种台阶轴类零件的生产工艺。楔横轧坯料变形方式主要表现为径向压缩和轴向延伸。楔横轧工艺属于零件旋转轧制方法的一种。与传统的零件成形工艺如切削、锻造等加工方法相比,楔横轧工艺具有生产效率高3-7倍,材料利用率节约20%-40%,生产成本低30%等明显的优势,目前已经被广泛应用于汽车、摩托车、内燃机等行业轴类零件毛坯的生产,是现代先进制造技术的组成部分。针对楔横轧轧制轴类件成形工艺的特点,本文选取了某企业为某发动机连杆制坯的具体案例,在查阅了国内外大量文献的基础上,掌握了楔横轧工艺的模具结构特点、变形过程中的轧件变形和材料流动特点等,在此基础上建立了可靠的DEFORM三维有限元模拟模型,并对整个过程进行了模拟仿真分析,通过对模具结构、轧件的速度场、应力应变场、温度等不同条件下的分析讨论,获得了对楔横轧工艺的总体认识。楔横轧成形具有模具结构复杂、坯料变形程度大的特点。坯料在变形过程中如何保持稳定、持续的变形是保证楔横轧成形质量的重点和难点。对于模具来说,模具设计的如展宽角β、成形角α、断面收缩率ψ等基本工艺参数对成形的效果有很明显的影响。同时,模具的孔型结构对轧件在变形过程中产生的应力和力矩等条件对变形的稳定性有很大地影响。在原有模型的基础上对成形过程进行了模拟实验,从运动、力学等方面分析模具主要工艺参数对轧件成形质量的影响规律。通过大量的模拟分析,设计和优化了模具结构和工艺参数,。楔横轧制坯工艺有很多常见问题,如中心疏松和孔洞、弯曲、缩颈、堆料、螺旋形台阶凹纹等,这些问题的出现严重影响了零件的外观和内部质量,甚至导致零件直接报废,也影响了楔横轧工艺大批量自动化的生产。因此,对楔横轧变形过程分析,对轧件上缺陷的形成机理的研究有很实际的理论和实际意义。本文中主要对弯曲、堆料、缩颈等缺陷问题进行了比较详细的分析,对产生该缺陷的部位进行了重点的研究,从材料流动、模具结构、应力应变场等主要方面阐述缺陷产生的原因。采用优化后的模具结构,有效的避免了这些缺陷的产生。并通过生产试制,得到了理想的结果。通过对本课题的研究,不仅加深了对楔横轧模具设计的认识,解决了实际生产中容易出现的问题,也为企业节省了大量的成本。于此同时,对其他轴类件的生产也有借鉴意义。
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