42CrMo铸坯环件热辗扩有限元模拟与分析.pdf

文章编号：1672—0121(2014)06—0076—05 丁双凤1,2。付建华1．2。郭一娜1,2。齐会萍1,2 (1．太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原030024； 2．材料成形理论与技术山西省重点实验室，山西太原030024) 铸坯热辗扩过程中应变场和温度场，研究了初始辗扩温度对辗扩力的影响规律。模拟结果表明在环形铸坯热 辗扩过程中：①铸坯等效应变呈阶梯状上升，内外表面应变大于中间层应变；在稳定成形阶段，沿环件径向方 向，由于导向辊与芯辊直径差异，导致环件最大平均等效应变可能出现在环件内表面也可能出现在环件外表 面；②初始阶段，变形区与成形辊接触处温度降低较快，非变形区温度变化不是很明显；随着辗扩的进行，芯 部温度逐渐上升，边缘温度低，温度分布不均匀；③随着铸坯初始辗扩温度升高，平均辗扩力明显下降，但随 时间变化趋势保持一致。 关键词：热辗扩成形；环形铸坯；有限元模拟；应变场；温度场 中图分类号：TG335．19文献标识码：A 0前言 态、非均匀连续局部塑性回转成形过程，成形过程中 环件热辗扩r丁艺是在高温下借助辗环机使环件 伴随着变形、传热、微观组织演变等的耦合作用，因 产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩 此，基于ABAQUS软件建立环形铸坯热辗扩过程， 大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。利用环形铸坯直 有利于研究分析环形铸坯辗扩过程中等效应变分布 接辗扩工艺流程与传统工艺流程相比，减少了生产 和温度分布规律，分析不同初始辗扩温度对辗扩力 工序和加热次数，能够降低能耗，提高生产效率和经 的影响，为分析材料内部微观组织演变规律机理和 济效益，具有大的发展潜力和广阔的应用前景…1。 质量控制提供依据。 在热辗扩过程中，铸坯与成形辊和环境之间存在 明显的热量传递和交换，同时伴有塑性变形和摩擦 1坯尺寸确定 产生的热效应，铸坯内的等效应变分布和温度分布 环件铸坯尺寸确定是采用“一种环件铸辗复合 相互影响，最终影响到铸件变形后内部微观组织和 成形毛坯尺寸的确定方法”来确定的151。锻件外径D、 综合力学性能。因此，获得准确的等效应变分布和温 内径d、壁厚B、轴向高度日可以确定辗扩比K、铸 度场分布，是研究环件内部微观组织演变规律机理 坯内径如、外径D。和轴向高度日。。选定D=1248mm， 和预测环件内部质量的重要前提，最终为预测和控 制环件微观组织分布和性能提供合理的工艺参数。 K=13．73一13．02×exp(一2×(等)。) 国内外学者采用理论分析、实验和数值模拟的 方法对环件辗扩工艺的变形控制及优化方面开展了 把d=1045mm代入上式，得K=2．0。 大量的研究。对于铸坯大型环件热辗扩过程中，等效 铸坯内径如： 应变场和温度场的整体分布规律研究报道较少，而 do=1～06 辗扩过程更是一个三维非线性、非对称、非稳 8595xexp(一2(等)) 把d=1045mm代入上式，得do=530mm。 国家自然科学基金重点项目；国家自然科学基在辗扩前后高度没有变化，根据体积不变原理得： 金项目；国家自然科学基金青年项目； 丁77Lu。2一dg)Ho=丁7／(D2一俨)日 高等学校博士点优先发展计划项目(20111415130001)； 可计算出Do=864mm。 山西省归国留学人员资助项目(2011-084) 再根据几