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楔橫軋內直角小臺階精確軋齊曲線

張凱利 王寶雨 沈謹霞

張凱利, 王寶雨, 沈謹霞. 楔橫軋內直角小臺階精確軋齊曲線[J]. 工程科學學報, 2022, 44(1): 59-67. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.25.003
引用本文: 張凱利, 王寶雨, 沈謹霞. 楔橫軋內直角小臺階精確軋齊曲線[J]. 工程科學學報, 2022, 44(1): 59-67. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.25.003
ZHANG Kai-li, WANG Bao-yu, SHEN Jin-xia. The accurate shaping curve for forming inside small right-angle step using cross-wedge rolling[J]. Chinese Journal of Engineering, 2022, 44(1): 59-67. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.25.003
Citation: ZHANG Kai-li, WANG Bao-yu, SHEN Jin-xia. The accurate shaping curve for forming inside small right-angle step using cross-wedge rolling[J]. Chinese Journal of Engineering, 2022, 44(1): 59-67. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.25.003

楔橫軋內直角小臺階精確軋齊曲線

doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.25.003
基金項目: 國家重點研發計劃資助項目(2018YFB1307900)
詳細信息
    通訊作者:

    E-mail: bywang@ustb.edu.cn

  • 中圖分類號: TG142.71

The accurate shaping curve for forming inside small right-angle step using cross-wedge rolling

More Information
  • 摘要: 內直角臺階的軋齊一直是楔橫軋的關鍵技術之一,一般內直角臺階的軋齊曲線公式和算法不適合小臺階的生產應用。為了解決這一問題,通過改進幾何模型,針對內直角小臺階的螺旋體體積提出一種新的計算方法。根據楔橫軋工藝的特點,比較軋件初始半徑與對應輔助圓半徑的大小關系,指出了二輥軋齊過程中內直角小臺階的判斷條件。根據軋件大端半徑與旋轉角度的關系,將軋齊過程分成了三個階段。通過對小臺階螺旋體的分塊,將其近似成三個規則體積的組合,推導出了軋齊過程中各個階段的體積公式。依據體積平衡原理和楔橫軋模具特點,得到了二輥楔橫軋內直角小臺階隨軋件旋轉角度變化的軋齊曲線。最后采用剛塑性有限元軟件Deform-3D對一定斷面收縮率范圍內的軸類件進行楔橫軋數值模擬,驗證了本文所提出的軋齊曲線計算方法的適用性。同時通過對比分析,發現在小斷面收縮率軸類件直角臺階成形時展寬角應盡量取小。

     

  • 圖  1  不同情況下軋輥與軋件接觸面形狀。(a)大斷面收縮率工況;(b)小斷面收縮率工況

    Figure  1.  Shape of the contact surface between the roll and rolled part under different conditions: (a) large area reduction; (b) small area reduction

    圖  2  半徑$ r $輔助圓示意圖

    Figure  2.  Auxiliary circle diagram of radius r

    圖  3  內直角小臺階軋齊過程示意圖。 (a)第一階段;(b)第一階段和第二階段的臨界狀態;(c)第二階段;(d)第二階段和第三階段的臨界狀態;(e)第三階段

    Figure  3.  Diagrams of rectangular small steps in the rolling process: (a) the first stage; (b) the critical state of the first and second stages; (c) the second stage; (d) the critical state of the second and third stages; (e) the third stage

    圖  4  軋件螺旋體幾何近似簡圖

    Figure  4.  Simplified geometric approximation of a helix

    圖  5  軋齊第一階段軸向示意圖

    Figure  5.  Schematic of the first stage

    圖  6  $ {V_{{\rm I} - 1}} $示意圖

    Figure  6.  $ {V_{{\rm I} - 1}} $ schematic

    圖  7  $ {V_{{\rm I} - 2}} $示意圖

    Figure  7.  $ {V_{{\rm I} - 2}} $ schematic

    圖  8  $ {V_{{\rm I} - 3}} $示意圖

    Figure  8.  $ {V_{{\rm I} - 3}} $ schematic

    圖  9  軋齊第二階段軸向示意圖

    Figure  9.  Schematic of the second stage

    圖  10  $ {V_{{\rm I}{\rm I} - 3}} $示意圖

    Figure  10.  $ {V_{{\rm I}{\rm I} - 3}} $Schematic

    圖  11  軋齊第三階段軸向示意圖

    Figure  11.  Schematic of the third stage

    圖  12  $ {V_{{\rm I}{\rm I}{\rm I} - 1}} $示意圖

    Figure  12.  $ {V_{{\rm I}{\rm I}{\rm I} - 1}} $ schematic

    圖  13  $ {V_{{\rm I}{\rm I}{\rm I} - 3}} $示意圖

    Figure  13.  $ {V_{{\rm I}{\rm I}{\rm I} - 3}} $ schematic

    圖  14  精確軋齊曲線示意圖

    Figure  14.  Diagram of the precise shaping curve

    圖  15  不同斷面收縮率仿真結果。(a)$ \psi = 27.75\% $$ \beta = {6^ \circ } $;(b)$ \psi = 19\% $$ \beta=4^\circ $;(c)$ \psi = 9.75\% $$ \beta = {2^ \circ } $

    Figure  15.  Simulation results obtained using different sectional shrinkage rates: (a)$ \psi = 27.75\% $, $ \,\beta = {6^ \circ } $; (b)$ \psi = 19\% $$ \,\beta=4^\circ $; (c)$ \psi = 9.75\% $, $ \,\beta = {2^ \circ } $

    圖  16  軋件劃分切面示意圖

    Figure  16.  Schematic of the workpiece section

    圖  17  臺階角度和半徑尺寸變化圖。(a)$ \psi = 27.75\% $$ \,\beta = {6^ \circ } $;(b)$ \psi = 19\% $$ \,\beta=4^\circ $;(c)$ \psi = 9.75\% $$ \beta = {2^ \circ } $

    Figure  17.  Results obtained with changes in step angle and radius values: (a) $ \psi = 27.75\% $$ \beta = {6^ \circ } $; (b) $ \psi = 19\% $$ \beta=4^\circ $; (c) $ \psi = 9.75\% $$ \beta = {2^ \circ } $

    圖  18  簡單軋齊曲線實例。(a)斷面收縮率43.75%;(b)斷面收縮率19%

    Figure  18.  Examples of the simple shaping curve: (a) the area reduction is 43.75%; (b) the area reduction is 19%

    表  1  斷面收縮率與直角小臺階軋齊展寬角的關系

    Table  1.   Relationship between the area reduction and stretching angle

    Area reductions rate, ψ/%Stretching angle/(°)
    <101–3
    10–202–4
    20–304–6
    下載: 導出CSV
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  • 加載中
圖(18) / 表(1)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2020-06-25
  • 網絡出版日期:  2020-09-08
  • 刊出日期:  2022-01-01

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