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楔横轧过程模拟分析 《塑性有限元》课程报告 班级： 学号： 姓名： 1、前沿 轧机轴线与轧辊轴线平行，轧辊的辊面上带有楔型凸棱，轧制过程中轧件与轧辊做相反方向旋转的，统称为楔横轧。楔横轧适合于成形高径比的回转件，产品质量好，尺寸形状精度高，材料利用率高，振动小，噪声小，劳动强度低，易于实现机械化和自动化。与传统的锻造或切削工艺相比，楔横轧工艺有如下优点:生产效率高，通常是其它工艺的5-20倍。如果产品的几何形状不太复杂，那么使用对称模具一次就可以加工一对工件。在实际生产中，轧辊的转速通常为10-30rpm,那么每分钟至少可以轧制10--30个工件。材料利用率高。通常，在传统机械加工中（例如切削加工)约有40%的材料以切屑的形式浪费掉，而在楔横轧工艺中仅有不足10%的材料浪费掉。产品质量好。楔横轧件金属纤维流线沿产品外形连续分布，并且晶粒进一步得到细化，所以其综合机械性能较好，产品精度也高。工作环境得到了改善。由于楔横轧轧制成形过程中无冲击，噪音小，加之无需冷却液的使用，所以其工作环境得到了大大改善。自动化程度高。车I.件从成形、表面精整到最后成品都是由机器自动完成，所需操作人员较少。通用性差，只能生产圆截面的轴类件，需要专门的设备和模具;模具的设计、制造、及生产工艺调整比较复杂，且模具尺寸大。所以，该工艺适合轴类零件的大批量生产，不适合于小批量生产。而且不能轧制大型件，轧制棒料的长度也受到限制。因而pR需进行设计方法的创新与改进，扩大楔横轧的应用范围，充分发挥现有轧机的能力。由于楔横轧工艺的特殊性，工艺参数的选择对于轧件的成形质量至关重要。传统的靠经验试轧的方法不仅设计开发周期长，生产成本也比较高，已经无法满足实际的生产需要。近年来，随着计算机科学的不断发展和有限元技术的日益成熟，以CAE技术等为代表的现代分析手段越来越受人们的重视，并在现实生产中得到广泛的应用。首先选这个模型进行模拟学习，一方面是学习楔横轧的轧制过程，并运用DEFORM-3D进行模拟控制；在此基础上提高运用软件分析问题解决问题的能力。另一方面，通过这次的模拟分析过程，为以后正式论文的发表做准备。 2、有限元建模及基础数据 2-1、有限元建模参数。 毛坯尺寸：100mm、h=90mm 轧辊尺寸（两个）：外1032mm.，内900mm，长=120mm，宽=90mm 挡板（两个）：宽60mm、长120mm，厚度10mm 工艺参数（几何体和工具采用1/2来分析）如下。 单位：国际单位制（SI） 材料：AISI-1045[1650-2200F(900-1200)] 温度：1150 考虑热传递，热传递系数为1 2-2、几何模型的建立 这里采用三维有限元模拟软件DEFORM3D模拟在1150温度下的成形过程。轧辊，毛坯和挡板通过Pro/E建立实物模型，使用STL格式导入DEFORM-3D，模型如图1-1所示。中间是轧件，上下分别是上轧辊和下轧辊，轧件左右为左挡板和右挡板。 图1-1轧件及挡板 图1-2轧辊及整体模型 2-3、网格划分 对于所有的有限元数值计算分析，都是离散的网格通过节点进行力和能量的传递，因此网格的划分是基础。网格划分的最基础的条件是，材料和模具划分网格以后，应该可以充分体现原来的特征。分网时要根据问题本身的特点选择适当的单元类型。根据问题的几何和受力状态的特点，尽可能选用较简单的单元类型。一般来说，采用三角形和四面体单元容易对复杂的区域自动分网，具有很强的适应性，但常应变的三角形单元和四面体单元计算精度低。四边形和六面体单元计算精度三角形和四面体单元高，但是复杂区域难以剖分成全部为四边形或六面体单元，尤其是难以实现全自动剖分。如果可能，尽可能采用四边形和六面体单元。 在DE FORM -3D中，如果用其自身带的网络部分程序，只能划分四面体单元。这为了考虑网格重划分时的方便和快捷。网格划分可以控制的密度，使网格的数量进一步减少，有不至于在变形剧烈的部分产生严重的网格畸变。为了提高模拟的质量，网格划分时越多越好。但是这种模拟质量的提高是以大幅度降低计算机模拟的运算速度为代价的。网格划分太大，则模拟精度降低；网格划分太小，模拟准确性上升，但是模拟时间增加，效率下降。所以选择一个合适的网格划分方式和网格划分大小至关重要。楔横轧成形问题属于准静态大变形动力学计算分析问题。图1-3是模拟零件在轧制过程时所划分的初始网格。网格划分为20000网格，节点数4113，网格比率为0.01，运动速度为-20mm/s. 图1-3坯料网格 2-4、材料模型的建立 设定毛坯位刚性，毛坯材料AISI-1045[1650-2200F(900-