Simufact軟件助力羅特艾德圓錐彎矩軸承環(huán)軋工藝仿真

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2023年11月14日 16:35

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工藝現(xiàn)狀

環(huán)件軋制（下述簡稱環(huán)軋，也稱為碾環(huán)）工藝是一種常見的回轉(zhuǎn)塑性成形工藝，該工藝?yán)媚氕h(huán)機(jī)的軋輥對環(huán)狀毛坯件進(jìn)行連續(xù)局部輥壓，使毛坯件在回轉(zhuǎn)運動中逐步產(chǎn)生截面的變形，環(huán)直徑逐漸增加（或先減少在增加），從而獲得目標(biāo)零部件。環(huán)軋工藝有著諸多的優(yōu)點，例如加工精度高、材料利用率高、截面質(zhì)量好，且相較于傳統(tǒng)的模鍛工藝，該工藝的加工生產(chǎn)成效低，同時，該工藝也是制作軸承內(nèi)外圈的常見手段。

環(huán)軋工藝

雖然環(huán)軋工藝本身優(yōu)勢重重，但想要完成優(yōu)異的環(huán)軋工藝設(shè)計，避免環(huán)軋過程中貼模不均、軋制失穩(wěn)等常見問題，也并非易事。在以往，工程師將會對軋件進(jìn)行開模，并且試制，但對于某些大尺寸零部件，試制周期非常久，且各項試制成本很高，不利于工藝研發(fā)的快速迭代。現(xiàn)如今，工程師們往往會想到借助計算機(jī)仿真的方式，對早期工藝研發(fā)方案進(jìn)行虛擬仿真分析，從而指導(dǎo)其對工藝參數(shù)與模具形體的不斷優(yōu)化。

仿真工具

Simufact Forming就是這樣一款專業(yè)的環(huán)軋工藝仿真分析軟件。相比于其他同類型軟件，Simufact Forming的環(huán)軋仿真具有高度復(fù)現(xiàn)實際、高度模板化、高精度計算的優(yōu)勢。這得益于開發(fā)人員的不懈努力，將這一整套的控制算法集成為通用設(shè)備庫RAW和MERW，并集成在Simufact Forming中，為環(huán)軋工藝仿真人員提供了極大便利。

Simufact 環(huán)軋仿真

行業(yè)應(yīng)用

蒂森克虜伯是德國重工業(yè)巨頭，旗下的“羅特艾德”公司，是回轉(zhuǎn)支承行業(yè)的泰斗公司之一，該公司的大型回轉(zhuǎn)支承軸承技術(shù)先進(jìn)，行業(yè)的標(biāo)桿企業(yè)之一。旗下系列產(chǎn)品的制備均采用環(huán)軋工藝，部分零部件環(huán)徑高達(dá)8000mm，我國的部分風(fēng)機(jī)廠商，最早就已經(jīng)使用洛特艾德的軸承作為其配套零部件。

為何羅特艾德所生產(chǎn)的軸承質(zhì)量好，耐久性強，這是因為該企業(yè)在大型軸承的工藝開發(fā)過程中，使用了一款環(huán)軋工藝仿真試錯利器，這就是海克斯康的Simufact Forming。羅特艾德基于Simufact Forming的專業(yè)環(huán)軋功能，對軸承內(nèi)外圈的試制工藝進(jìn)行精確仿真分析，以控制零部件的加工質(zhì)量，從而提高軸承產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

某型號環(huán)件全周期仿真過程

解決方案

羅特艾德公司在環(huán)軋工藝研發(fā)制定的早期，通常使用Simufact Forming對該工藝成形最大噸位、扭矩、軋制力進(jìn)行預(yù)測，從而適配現(xiàn)有制備條件。而在某型號軸承外圈的研發(fā)制備時發(fā)現(xiàn)，對于該復(fù)雜的環(huán)軋制備過程，實際現(xiàn)場幾乎無法獲取到鍛件上的“成形鍛造比”以及實時溫度分布等詳細(xì)信息。但為了使生產(chǎn)出的軸承更加耐用，性能更高，需要控制軸承零部件成形比的均勻性。而上述關(guān)鍵信息，均可在Simufact Forming軟件的仿真結(jié)果中進(jìn)行預(yù)覽。

鼻環(huán)外圈軋制示意圖

如上圖所示，以此鼻環(huán)外圈為例，其環(huán)軋制備過程是將規(guī)則截面尺寸的環(huán)件，軋制成異形截面（圖最終形貌）的鼻環(huán)外圈。

鼻環(huán)外圈環(huán)軋仿真過程

該外圈的軋輥設(shè)計過程伊始，工程師們雖然知曉這種異形軋制方式的材料利用率高于普通矩形軋制，但經(jīng)過Simufact Forming仿真發(fā)現(xiàn)，若異形輥子截面形貌設(shè)計不合理，軋出的零部件成形比會在下方的滾道位置下降，這雖然能夠制備出外形尺寸達(dá)標(biāo)的零部件，但下滾道位置較低的成形比將不利于軸承件的壽命。

為了能夠使?jié)L道關(guān)鍵位置的成形比更高，使生產(chǎn)制備的軸承更加耐用，羅特艾德公司的工程師們對軋輥的截面形貌進(jìn)行了設(shè)計改進(jìn)，并繼續(xù)基于Simufact Forming對不同的截面輪廓設(shè)計進(jìn)行仿真驗證。最終，工程師們借助Simufact找尋到了最優(yōu)解，關(guān)鍵位置的成形比有明顯增加，為后續(xù)齒輪的耐久提供了強有力的理論支撐。

成形比結(jié)果（左：常規(guī)矩形軋制、中：優(yōu)化后、右：優(yōu)化前）

不同軋輥截面輪廓的成形比結(jié)果分布

后續(xù)

羅特艾德公司同樣在其他型號的軸承環(huán)件的開發(fā)過程中，使用了Simufact 軟件對材料的充填性、環(huán)件尺寸等關(guān)鍵信息進(jìn)行了精確仿真。從而在提高產(chǎn)品性能、提高材料利用率的同時，極大降低了工藝開發(fā)階段的試驗成本，為企業(yè)帶來了可觀的收益。

軸承內(nèi)圈環(huán)軋工藝優(yōu)化

現(xiàn)如今，隨著我國軸承行業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，諸多風(fēng)電主機(jī)廠的軸承零配件轉(zhuǎn)向國內(nèi)廠商。如何進(jìn)一步提高軸承產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品壽命，將產(chǎn)品質(zhì)量的提升深入到零部件設(shè)計早期，并有效降低企業(yè)在產(chǎn)品優(yōu)化與新產(chǎn)品開發(fā)過程的成本，成為諸多軸承廠商的追求之一。在此過程中，仿真也將不斷凸起其重要性，Simufact Forming環(huán)軋仿真方案將是諸多環(huán)件制備廠商的優(yōu)質(zhì)之選。

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Simufact軟件助力羅特艾德圓錐彎矩軸承環(huán)軋工藝仿真的圖11