楔横轧铝合金空心轴成形工艺研究
发布时间：2021-08-30 14:36
铝合金具有质量轻、比强度高、抗撞击、耐腐蚀等优点,在保证零部件使用性能的前提下,采用铝合金代替钢铁制零部件可降低重量30%以上。因此,采用铝合金生产制造轴类零件具有显著的优势。但采用楔横轧工艺生产铝合金实心轴类件时其心部极易出现疏松和孔腔等缺陷,严重降低了产品的强度,甚至导致产品失效报废。而采用楔横轧工艺生产铝合金空心轴类件,在满足使用性能要求的前提下,不仅可避免实心轴内部出现的疏松和孔腔等缺陷,还可以降低铝合金材料的使用量,节约成本,同时可发挥铝合金一系列的优点,实现轴类件结构的轻量化。本文以楔横轧铝合金空心轴类件为研究对象,运用DEFORM-3D有限元分析和实验结合的方法对楔横轧铝合金空心轴成形过程进行了研究。分析了楔横轧铝合金空心轴的轧制旋转条件、压扁失稳条件和表面缺陷形成条件等,并据此确定了轧制工艺参数。在此基础上,铝合金的变形温度范围窄,对变形温度和变形速率敏感,本文分析了楔横轧铝合金空心轴在不同轧制温度下轧制过程中的温度场变化,并对不同轧制温度下的轧制损伤进行了研究,为确定合理的轧制温度,提高轧制成形质量奠定了基础;参考圆柱度的概念引入了外径和内径的相对圆柱度作为轧件轴向方...
【文章来源】：宁波大学浙江省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
楔横轧示意图
宁波大学硕士专业学位论文9会在轧制成形过程中出现压扁失稳现象，从而导致空心轴的尺寸精度降低，甚至压扁失效，无法正常进行轧制，如图2.1所示。图2.1轧件的压扁失效Fig.2.1Flateningfailureofrolledparts空心轴压扁失稳的条件为[67]：KppRtr69.011211020（2.2）式中：t0为空心坯料初始壁厚，R0为空心坯料的平均半径，Pr为轧件所受的径向力，pθ为轧件所受的切向力,sK31。由（2.2）并结合文献[68]可知，展宽角、成形角和断面收缩率越大，楔横轧空心轴越容易呈现压扁失稳失效；空心坯料的初始外径值与壁厚的比值对压扁失稳影响非常大，当二者的比值小于5时，几乎不会出现压扁失稳，当二者比值大于7时，出现压扁失稳的可能性非常大。故为避免空心轴的压扁失稳，除选择适合的工艺参数之外，还应考虑空心坯料相对壁厚，相对壁厚越大，越不容易出现压扁失稳。2.1.3楔横轧空心轴表面缺陷形成条件楔横轧件在轧制成形的过程中，轧件表面与模具直接接触，受到模具的反复搓挤，轧件表面往往会出现蛇皮状或鱼鳞状宏观缺陷，如图2.2所示。这种宏观缺陷若处置不当往往会发展成裂纹，具有更大的破坏性，严重影响了轧件的成形质量和寿命，因此，轧制过程中应避免或降低这种缺陷的产生。
楔横轧铝合金空心轴成形工艺研究10图2.2轧件表面的“鱼鳞”缺陷Fig.2.2The"fishscale"defectonthesurfaceoftherolledpiece根据文献[69]所述，楔横轧件产生表面缺陷的条件为：0)cos(31lncossincossin32ln2)(2RmLmTRLmRRTmTTTTRRRRRaffffofffof（2.3）式中：m为摩擦系数，R0为轧件的初始半径值，Rf为轧件轧制成形后的半径值,L为精整段的宽度。从（2.3）可看出，轧件表面变形区域产生的缺陷随着摩擦系数的增加而增加；精整段的宽度与轧件轧制成形后的半径比值L/Rf越大，轧件表面形成的缺陷区域越大。因此，为降低轧件表面形成的缺陷，在保证轧件正常旋转的条件下，应尽可能降低摩擦，一般是通过在模具楔侧面打点方式增加摩擦，这样并不会对轧件成形区造成影响。2.1.4工艺参数的选择工艺参数的选择关系到零件能否正常轧制和轧制成形后的质量，合理的工艺参数不仅能够保证正常轧制，还能够提高轧件成形质量，节约材料，提高轧制效率等。对于楔横轧空心铝合金轴来说，轧制工艺参数的选择首先应保证其能够轧制成形，满足空心轴的轧制旋转条件、压扁失稳条件、表面缺陷形成条件，在此基础上再考虑优化轧制工艺参数，提高空心铝合金轴的轧制成形质量。综合考虑旋转条件、压扁失稳条件和表面缺陷形成条件并结合断面收缩率和展宽角成形角选取间的关系，本文所选择的楔横轧铝合金空心轴的工艺参数详见表2.1，其中，空心铝合金坯料规格尺寸为80×40×17mm（长外径内孔径），初始外径与壁厚的比值为3.49，满足小于5的压扁失稳条件，轧制温度的选取为
【参考文献】：
期刊论文
[1]空心轴成形技术研究现状[J]. 杨程,路星星,孙跃,庄晓伟,王玲. 锻压技术. 2018(01)
[2]基于旋转锻造工艺的航空发动机薄壁空心细长轴加工精度研究[J]. 马鹏举,许志永,程向,郑学著,刘勇,王聚存,田洁. 锻压技术. 2017(03)
[3]基于FORGE-3D径向锻造工艺的数值模拟[J]. 牛立群,张琦,解明,杨德生,李七平,韩文科. 锻压技术. 2017(02)
[4]芯棒直径对楔横轧5Cr21Mn9Ni4N空心气门壁厚均匀性的影响规律[J]. 闫向哲,刘晋平,纪宏超,王宝雨,郑振华,李姿. 工程科学学报. 2017(02)
[5]模具工艺参数对多楔轧制高铁空心车轴力能参数影响[J]. 束学道,柳传,孙宝寿,彭文飞,俞澎辉. 塑性工程学报. 2016(03)
[6]工艺参数对汽车轮毂内径与壁厚偏差的影响[J]. 杜勇,田野,刘雨生,薛克敏. 精密成形工程. 2016(03)
[7]多楔楔横轧42CrMo4大型空心长轴类零件分析（英文）[J]. 彭文飞,郑书华,邱亦睿,束学道,湛利华. 稀有金属材料与工程. 2016(04)
[8]汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用[J]. 郑晖,赵曦雅. 锻压技术. 2016(02)
[9]楔横轧多楔轧制高铁空心车轴壁厚均匀性[J]. 郑书华,束学道,孙宝寿,彭文飞. 工程科学学报. 2015(05)
[10]汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J]. 郭玉琴,朱新峰,杨艳,熊倪. 锻压技术. 2015(03)
博士论文
[1]列车车轴楔横轧精制坯新设备与新工艺[D]. 李志刚.吉林大学 2010
硕士论文
[1]铝合金5A02异径三通管内高压成形影响因素研究[D]. 戴龙飞.南昌航空大学 2018
[2]6061铝合金多向锻造过程和微观组织演变的研究[D]. 黄世鹏.广西大学 2017
[3]汽车空心齿轮轴毛坯精密成形及工艺优化[D]. 罗天星.重庆理工大学 2017
[4]楔横轧变截面等内径空心轴类件成形工艺研究[D]. 虞春杰.宁波大学 2014
[5]楔横轧多楔同步轧制空心车轴成形机理研究[D]. 张挺.宁波大学 2013
[6]管材内高压成形数值模拟与工艺研究[D]. 陈杰.上海交通大学 2013
[7]金属复合管强力旋压工艺研究[D]. 潘毓滨.哈尔滨工业大学 2012
[8]高速铁路用空心车轴径向锻造工艺的模拟研究[D]. 李继光.太原科技大学 2007
[9]筒形件强力旋压过程的有限元数值模拟[D]. 李超玲.西北工业大学 2004
本文编号：3372960
【文章来源】：宁波大学浙江省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
楔横轧示意图
宁波大学硕士专业学位论文9会在轧制成形过程中出现压扁失稳现象，从而导致空心轴的尺寸精度降低，甚至压扁失效，无法正常进行轧制，如图2.1所示。图2.1轧件的压扁失效Fig.2.1Flateningfailureofrolledparts空心轴压扁失稳的条件为[67]：KppRtr69.011211020（2.2）式中：t0为空心坯料初始壁厚，R0为空心坯料的平均半径，Pr为轧件所受的径向力，pθ为轧件所受的切向力,sK31。由（2.2）并结合文献[68]可知，展宽角、成形角和断面收缩率越大，楔横轧空心轴越容易呈现压扁失稳失效；空心坯料的初始外径值与壁厚的比值对压扁失稳影响非常大，当二者的比值小于5时，几乎不会出现压扁失稳，当二者比值大于7时，出现压扁失稳的可能性非常大。故为避免空心轴的压扁失稳，除选择适合的工艺参数之外，还应考虑空心坯料相对壁厚，相对壁厚越大，越不容易出现压扁失稳。2.1.3楔横轧空心轴表面缺陷形成条件楔横轧件在轧制成形的过程中，轧件表面与模具直接接触，受到模具的反复搓挤，轧件表面往往会出现蛇皮状或鱼鳞状宏观缺陷，如图2.2所示。这种宏观缺陷若处置不当往往会发展成裂纹，具有更大的破坏性，严重影响了轧件的成形质量和寿命，因此，轧制过程中应避免或降低这种缺陷的产生。
楔横轧铝合金空心轴成形工艺研究10图2.2轧件表面的“鱼鳞”缺陷Fig.2.2The"fishscale"defectonthesurfaceoftherolledpiece根据文献[69]所述，楔横轧件产生表面缺陷的条件为：0)cos(31lncossincossin32ln2)(2RmLmTRLmRRTmTTTTRRRRRaffffofffof（2.3）式中：m为摩擦系数，R0为轧件的初始半径值，Rf为轧件轧制成形后的半径值,L为精整段的宽度。从（2.3）可看出，轧件表面变形区域产生的缺陷随着摩擦系数的增加而增加；精整段的宽度与轧件轧制成形后的半径比值L/Rf越大，轧件表面形成的缺陷区域越大。因此，为降低轧件表面形成的缺陷，在保证轧件正常旋转的条件下，应尽可能降低摩擦，一般是通过在模具楔侧面打点方式增加摩擦，这样并不会对轧件成形区造成影响。2.1.4工艺参数的选择工艺参数的选择关系到零件能否正常轧制和轧制成形后的质量，合理的工艺参数不仅能够保证正常轧制，还能够提高轧件成形质量，节约材料，提高轧制效率等。对于楔横轧空心铝合金轴来说，轧制工艺参数的选择首先应保证其能够轧制成形，满足空心轴的轧制旋转条件、压扁失稳条件、表面缺陷形成条件，在此基础上再考虑优化轧制工艺参数，提高空心铝合金轴的轧制成形质量。综合考虑旋转条件、压扁失稳条件和表面缺陷形成条件并结合断面收缩率和展宽角成形角选取间的关系，本文所选择的楔横轧铝合金空心轴的工艺参数详见表2.1，其中，空心铝合金坯料规格尺寸为80×40×17mm（长外径内孔径），初始外径与壁厚的比值为3.49，满足小于5的压扁失稳条件，轧制温度的选取为
【参考文献】：
期刊论文
[1]空心轴成形技术研究现状[J]. 杨程,路星星,孙跃,庄晓伟,王玲. 锻压技术. 2018(01)
[2]基于旋转锻造工艺的航空发动机薄壁空心细长轴加工精度研究[J]. 马鹏举,许志永,程向,郑学著,刘勇,王聚存,田洁. 锻压技术. 2017(03)
[3]基于FORGE-3D径向锻造工艺的数值模拟[J]. 牛立群,张琦,解明,杨德生,李七平,韩文科. 锻压技术. 2017(02)
[4]芯棒直径对楔横轧5Cr21Mn9Ni4N空心气门壁厚均匀性的影响规律[J]. 闫向哲,刘晋平,纪宏超,王宝雨,郑振华,李姿. 工程科学学报. 2017(02)
[5]模具工艺参数对多楔轧制高铁空心车轴力能参数影响[J]. 束学道,柳传,孙宝寿,彭文飞,俞澎辉. 塑性工程学报. 2016(03)
[6]工艺参数对汽车轮毂内径与壁厚偏差的影响[J]. 杜勇,田野,刘雨生,薛克敏. 精密成形工程. 2016(03)
[7]多楔楔横轧42CrMo4大型空心长轴类零件分析（英文）[J]. 彭文飞,郑书华,邱亦睿,束学道,湛利华. 稀有金属材料与工程. 2016(04)
[8]汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用[J]. 郑晖,赵曦雅. 锻压技术. 2016(02)
[9]楔横轧多楔轧制高铁空心车轴壁厚均匀性[J]. 郑书华,束学道,孙宝寿,彭文飞. 工程科学学报. 2015(05)
[10]汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J]. 郭玉琴,朱新峰,杨艳,熊倪. 锻压技术. 2015(03)
博士论文
[1]列车车轴楔横轧精制坯新设备与新工艺[D]. 李志刚.吉林大学 2010
硕士论文
[1]铝合金5A02异径三通管内高压成形影响因素研究[D]. 戴龙飞.南昌航空大学 2018
[2]6061铝合金多向锻造过程和微观组织演变的研究[D]. 黄世鹏.广西大学 2017
[3]汽车空心齿轮轴毛坯精密成形及工艺优化[D]. 罗天星.重庆理工大学 2017
[4]楔横轧变截面等内径空心轴类件成形工艺研究[D]. 虞春杰.宁波大学 2014
[5]楔横轧多楔同步轧制空心车轴成形机理研究[D]. 张挺.宁波大学 2013
[6]管材内高压成形数值模拟与工艺研究[D]. 陈杰.上海交通大学 2013
[7]金属复合管强力旋压工艺研究[D]. 潘毓滨.哈尔滨工业大学 2012
[8]高速铁路用空心车轴径向锻造工艺的模拟研究[D]. 李继光.太原科技大学 2007
[9]筒形件强力旋压过程的有限元数值模拟[D]. 李超玲.西北工业大学 2004
本文编号：3372960
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