楔橫軋模具
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-06
楔橫軋模具的實例教程
楔橫軋多楔軋制是目前楔橫軋工藝較為先進的一種精密加工工藝，是針對長軸類零件開發出來的，其工作原理與楔橫軋單楔軋制相近，在楔橫軋多楔模具的作用下，軋件產生徑向壓縮變形和軸向延伸變形。在目前所有的成形工藝中具有顯著的優勢特點。
楔橫軋多楔軋制變形過程屬于非線性大塑性三維成形問題，變形過程中軋件所受到的三維應力應變狀態復雜，成形機理更為復雜。隨著數值模擬方法的不斷發展，數值模擬的精度不斷提高，復雜的塑性變形模擬結果越來越可靠，是目前研究楔橫軋多楔軋制工藝過程的主流方法。借助數值模擬仿真分析方法，調整楔橫軋模具各楔的工藝參數以及排布位置的變化，獲得應力應變場的變化規律，探索其變形、缺陷產生機理，為今后進一步研究楔橫軋多楔零件的精確成形及金屬流動提供了理論參考依據。
建立有限元數值分析模型
整體軋制的楔橫軋多楔有限元模型，如圖1 所示。該模型包括多楔軋輥、擋板及軋件等。假定軋輥是剛性體，軋件是塑性體，軋輥下壓軋件的方向為Y 向（徑向），垂直徑向的方向為X 向（橫向），平行軋件中心軸的方向為Z 向（軸向）。由于軋件結構對稱，取軋件的一半作為研究對象進行有限元模擬。
圖1 楔橫軋多楔有限元模型
楔橫軋多楔模具設計有4 個楔：隔斷楔、側主楔、內側楔、外側楔，各楔均由楔入段、平整段、展寬段和精整段組成，其在軋輥上的排列順序，如圖2 所示。
圖2 楔橫軋多楔模具設計圖
模擬中選取的軋輥和軋件的各工藝參數為：工件直徑18mm，軋輥直徑500mm，成形角30°，展寬角13°，斷面收縮率47%。
模擬結果與分析
軋件的模擬成形過程
鋁合金連桿坯料呈啞鈴狀，形狀不對稱，各段桿的直徑不同，軋制時變形過程很復雜，是一個典型的多楔多道次軋制過程。多楔楔橫軋軋制鋁合金連桿的數值模擬成形過程，如圖3 所示。
展開 求：楔橫軋：模具與軋件接觸面的數學模型 楔橫軋軋制力矩仿真
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而且，坯料與模具長時間接觸，在摩擦作用下，坯料容易粘附，模具容易損壞。
局部聚集鐓粗技術，如圖1(b)所示，設備(平鍛機)及模具都是專用的，造成設備及工藝成本高，而且，微觀組織由于工藝特點而不夠均勻。但與擠壓+鐓粗技術相比，局部聚集鐓粗技術提高了效率，降低了成本。
目前，俄羅斯、美國、日本等國家主要采用臥式鍛造機對葉片坯料頭部或冠部進行局部聚集鐓粗，而英國、德國等歐洲國家主要采用多組模具配合的擠壓+鐓粗聯合制坯獲得預制坯。
近些年，短流程、低成本制造高性能航空發動機部件，逐漸成為國外制造技術的發展方向。據2008年公開發表的研究成果顯示，德國科研人員率先將楔橫軋工藝加入到了葉片預制坯制備過程中。圖2 是基于楔橫軋工藝優化后的航空發動機用鈦合金葉片鍛件制備工藝，楔橫軋工序代替了原先的擠壓工序和鐓粗工序。
圖2 優化后的航空發動機用鈦合金葉片制備工藝
楔橫軋技術作為傳統的階梯軸制備技術，將其應用到同樣具有階梯狀的異形變截面葉片預制坯的制備，從工藝可行性和設備、工藝成本上優勢非常明顯。
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金屬葉片是航空、航天發動機正常運轉的關鍵部件，目前，鍛造類葉片的成形方法一般是借助擠壓+鐓粗、自由鍛或平鍛的方法制坯，然后經過熱模鍛，從而最終成形。由于鍛造類葉片的葉身薄、帶扭角，且具有帶榫頭甚至阻尼凸臺等特征，因此其預制坯的結構設計多為異形變截面，采用傳統工藝制備預成形坯時，雖然可制備出合格的預制坯，但都存在制坯效率低、工序繁雜、尺寸精度控制差、穩定性差和組織均勻性差等問題，最終影響著葉片鍛件制備的成本和整體性能
圖1 楔橫軋多楔有限元模型
楔橫軋多楔模具設計有4 個楔：隔斷楔、側主楔、內側楔、外側楔，各楔均由楔入段、平整段、展寬段和精整段組成，其在軋輥上的排列順序，如圖2 所示。
圖2 楔橫軋多楔模具設計圖
模擬中選取的軋輥和軋件的各工藝參數為：工件直徑18mm，軋輥直徑500mm，成形角30°，展寬角13°，斷面收縮率47%。
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