零件变形范文（精选7篇）
零件变形 第1篇
热处理过程中, 由于加热和冷却速度互不一致也就是加工过程中存在温差, 钢制零件的表面及其中心或者钢件薄厚交界处体积涨缩不均匀而产生内应力, 该内应力就是热应力。产生热应力的原因包括:a.物体由于外加约束而不能进行完全自由的变形;b.处于不均匀温度场的匀质物体, 其各部分之间由于膨胀不同而彼此牵制, 从而导致强迫约束或者膨胀;c.如果物体不是匀质的, 即使它处于均匀温度场中, 但因其物理特性和尺寸各处不同, 也会在其各部分之间导致强迫膨胀或者约束[1]。因为存在热应力, 零件实际产生的热变形是指它受约束限制之后的热变形, 因此与热应力的关系密不可分。
然而, 外力作用及内应力的状态变化则会导致工件的热处理变形。其中, 前者通常是指热处理加热过程中零件的摆放方法不当、零件自重或者加载的其他外部力;后者是指热处理过程中, 热胀冷缩以及组织转变不均匀性所造成的零件内部应力。热处理变形包括体积变化、形状变化和翘曲变形三种[2]。
2 应力状态与变形规律
2.1 基本规律
我们知道, 零件从高温冷却下来时, 相对而言其外表层冷却较快。以圆柱件为例, 其端面棱角处先冷却会产生热收缩, 而芯部没有冷却则会限制其表面的收缩, 这样圆柱件表层受拉应力, 其中心却受压应力, 因此产生的现象为棱边收缩, 但中心突出, 表现为长度缩短而直径增大[3]。
另外, 对于应力状态与变形的规律可做如下总结:
(1) 由单纯热应力引起的变形:使零件趋向于球形, 也就是直径增大、长度缩短, 其表面中部产生凸起, 同时零件棱角变圆。
(2) 由单纯组织应力引起的变形:与上述情况相反, 它使零件在最大尺寸方向伸长而在最小尺寸方向产生收缩, 零件的内孔胀大而表面内凸, 其棱角变尖[3,5]。由此我们可以看出热应力使零件长度缩短、零件内孔缩小。
2.2 钢件淬火时热应力变形的基本规律
钢件在淬火时, 由于热应力作用其表面会产生四种变形:弯曲、自转、旋转和鼓凸。其中弯曲变形倾向是冷却速率大的表面会凹陷, 而冷却速率小的表面会发生鼓凸, 且对应表面之间的冷却速率相差愈大, 相应的弯曲变形就愈大;对于旋转变形, 工件表面冷却速率大的一端会向内部凹陷, 而冷却速率较小的一端则会向外部突出, 而且旋转变形的程度取决于工件表面两端的冷速之差;对于工件的热应力自转变形, 主要由两对应表面之间的冷速差偶, 差偶愈大相对表面的自转变形愈大;最后, 鼓凸变形与工件表面四周及其中部的冷速差有关, 差值越大变形越大[4]。
显然, 冷速差是产生这四种变形的最根本的原因, 但冷速差所影响的各种变形的相关部位事实上各部相同。另外, 在实际生产中这四种变形不会单独发生, 常常是几种变形同时出现, 实际分析中应该做全面分析并找出最主要的几种变形倾向。我们可以将钢件淬火时热应力变形的基本倾向总结为:在淬火冷却前期, 快冷部位的趋向总是缩小工件表面积, 然而, 慢速冷却部位的缩小倾向就较小, 另一种情况, 慢速冷却部位的趋向是增大工件表面积。另外, 产生热应力变形的根本原因是淬火前期零件的相关部位间的冷却速度差值, 且变形的大小与该冷速差呈现增函数关系, 具体的试验验证步骤详见参考文献[4]。
3 热应力变形规律的应用
由上小节对零件热应力变形规律的描述, 我们可以利用热应力使零件长度缩短的规律来处理已经发生变形超差的零件, 使废品复活[5], 使零件起死回生。采取措施如下所述:
3.1 进行混料处理
以45钢为例, 其中部分钢材含有成分较多的合金铬, 利用材料制成250mm三爪卡盘的卡爪, 并进行正常的工艺处理, 由试验结果发现, 该工件牙部的最大变形量从0.25mm增加至0.5mm, 甚至有些部分会产生开裂, 变形大于0.2mm的部分由2%迅速增加至51%, 对生产的正常进行产生严重影响。分析原因, 铬元素的存在提高了零件的淬透性, 增加了马氏体的转变量, 零件的组织应力也增大, 因此变形量增大。经过试验证明, 我们完全可以利用热应力使零件长度缩短的规律, 缩短已经伸长的零件, 已达到挽救零件的目的[5]。可行的工艺为缩短碱淬补救工艺, 工艺过程描述如下:
(1) 水冷缩短, 把发生变形超差的零件放入盐浴中热透 (盐浴温度控制在680℃~700℃) , 然后再将其浸入冷水中冷透。这样, 零件因热应力作用会缩短0.1~0.5mm, 值得注意的是, 温度应该控制在Ac1以下, 以保证工件在冷却过程中不发生相变, 也就是保证工件内部不产生组织应力。
(2) 碱淬硬化, 将上步已经缩短的零件烘干, 并重新加热使其温度达到820℃~830℃之间, 保温后淬入碱浴 (碱浴温度140~180℃) , 保持时间需大于十分钟。该步处理后, 零件的金相及硬度在一定程度上达到要求, 这样其变形量进一步缩短, 缩短量达到0.5mm。
(3) 将工件牙部进行局部回火, 温度为440℃, 可使变形量缩短0.05~0.1mm。
经过以上工艺, 已经发生变形的卡爪可以缩回0.10mm到0.25mm, 测其各部分硬度分别为:夹口HRC52~54, 且其磨平后硬度大于53, 平面中心的硬度为HRC45~55, 牙部硬度达到HRC45~50, 可见废品可以被挽救变成成品。
3.2 压缩工件变形量, 降低报废率
缩短碱淬法有效地压缩了零件的变形量, 例如250mm以及200mm的三爪卡盘, 其卡爪变形量可压缩到0.2mm。已验证缩短碱淬法处理可以挽救几乎所有的变形超差零件, 极大地减小了零件报废率。
3.3 预变形法
预变形法, 也称为预应力法, 它是利用热应力使工件在淬火之前产生方向相反的预变形, 来达到缩短终变形量的目的。仍以45钢为例, 利用热应力变形规律可以使工件预先反向变形, 来压缩最终变形量, 具体方法如下:
(1) 如果应用快速冷却 (例如水冷) , 那么加热温度一定要在相变温度Ac1以下, 通常情况下可取680℃~700℃, 目的是保证工件在冷却过程中不会发生相变。
(2) 如果利用缓慢冷却 (例如泊冷) , 那么加热温度应该保证在Ac3以下, 通常取780℃, 目的是保证工件在冷却过程中不会出现马氏体转变。
(3) 采用能够使零件表现为热应力为主的淬火液处理已经变形的零件, 如采用碱浴、硝裕等。对于硬度和金相合格的零件可以进行直接淬火[5]。
4 总结
由于热应力的存在, 钢制零件经过热处理后会产生一定变形, 造成零件缺陷而使零件不能正常工作增加了零件生产中的报废率, 这样不仅浪费原材料还造成经济损失。通过对热应力变形规律的研究发现, 可以利用该规律使已经发生变形的零件起死回生, 降低零件报废率的同时减少经济损失。本文首先介绍了热应力作用以及热处理变形的产生, 然后作为下文基础阐述了零件的应力状态及其热变形规律, 最后通过实例研究了热应力变形规律在控制零件变形中的应用。
参考文献
[1]胡鹏浩.非均匀温度场中机械零部件热变形的理论及应用研究[D].合肥工业大学, 2001年.[1]胡鹏浩.非均匀温度场中机械零部件热变形的理论及应用研究[D].合肥工业大学, 2001年.
[2]赵礼彬.利用热应力变形规律挽救零件[J].机械制造, 1995 (03) .[2]赵礼彬.利用热应力变形规律挽救零件[J].机械制造, 1995 (03) .
[3]贾润沛.钢件淬火时热应力变形的基本规律[J].金属材料与热加工工艺, 1982 (1) .[3]贾润沛.钢件淬火时热应力变形的基本规律[J].金属材料与热加工工艺, 1982 (1) .
零件变形 第2篇
摘 要：机械零件在加工过程中发生变形难以避免，同时也是机械加工行业中广泛关注的问题。由于机械零件加工中发生变形容易影响零件质量，因此，应尽可能减少由于变形而引起的质量问题。文章首先分析了机械零件加工变形的原因，然后寻找相应的改进策略，以期对机械零件加工变形的处理提供参考借鉴。
关键词：机械零件；加工变形；原因；改进
中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0090-02
机械加工过程中由于受到种种因素的影响，机械零件加工的变形问题一直层出不穷，变形的零件不仅给机械加工业带来了经济损失，而且还影响到了企业在社会上的信誉，产品质量不能得到保证，这样的发展现状不利于机械加工业的正常运营，所以必须找到机械零件加工变形的原因，从而寻求解决问题的办法，推进机械加工业的长期发展。
1 常见机械零件加工中变形的原因
1.1 由于内力的作用，零件加工精度改变
因为在车床加工的过程中，通常采用四爪卡盘卡紧零件，然后利用其向心内力的作用，对零件进行加工。并且在零件加工的过程中，也会受到内径向力的作用。如果没有很好的掌控这两种内力，会导致机械零件松动，进而导致零件加工变形现象的发生。另外，还应该注意如果机械零件的夹紧力减小，则机械的切削力也要随之而减小，相反机械零件夹紧力变大，机械的切削力也必须加大，只有这样才能保证所加工的零件受力均匀。但是在实际加工中所面临的问题是，加工后的机械零件的形状与需要形状并不匹配，其精确度已经出现了很大的出入，而出现这种状况的原因是加工不够细腻，导致质量不过关。
1.2 热处理后和加工后机械零件变形问题
一些比较薄的机械零件很容易变形，因为他们的长径比例较大，在加工或者热处理后会出现弯曲的状况，这种弯曲被称为草帽弯曲。这种弯曲会导致其平面变大，而长径比较小的机械零件经过热处理或是加工后也会出现变形，导致零件的直线度相对偏大。原因是零件本身就具有内应力，而这种内应力是相对平衡的状态，但经过热处理或加工之后，零件自身的内应力发生改变，从而导致零件的外观发生变形。
1.3 由于外力的作用，导致机械零件的变形
①如果在机械零件中含有薄片和悬臂，会很容易导致定位不当、装夹不合理等现象的发生，零件的硬度不够会使得零件很容易走形，无法达到图纸所要求的精确度。
②在切削机械零件的同时，零件的形状会在切削力的作用下发生弹性变形，这种现象就是所谓的“让刀”现象。它会使得机械零件的规格标准出现偏差，影响到产品的质量。
③机械零件的长径比较大，所以更容易受到切削力的作用，这样就会导致非夹紧的一侧更容易发生弹性变形，从而影响产品的质量。
2 机械零件加工变形的改进措施
2.1 减小夹紧力的措施
在刚性差的机械零件加工中，首先要通过增加辅助支撑来增加零件的刚性程度。在夹紧方面要注意夹紧点和零件之间的接触面积大小。夹持的方式要合理，在机械零件是长轴类的情况下，要注意夹持方式的合理，可以采用两端定位方式进行夹紧。对于薄壁套类零件加工中应该使用有弹性心轴装置来进行装夹，夹紧的位置应该是零件刚性比较强的部位。在加工长径比较大的零件时，要注意不能采用一端悬空一端夹紧的方式，要采用两端一起夹紧的方式从零件的顶端进行夹紧，另外，还可以采用前端的驱动力进行夹紧控制，这样就使其受力模型变成为简支梁模型，零件的刚性就会大大提高，减小了切削力引起的变形。另外，在铸铁件类零件加工中，应注意夹具设计的合理性，首先要注意夹具设计的原则：增加悬臂部分的刚性，另外，也可以使用近年来新研究的液压夹紧工具，以能够有效控制零件加工中由于夹紧变形而产生的质量问题。
2.2 减小切削力的措施
在对工件的加工条件进行研究之后，在切削加工时应根据加工要求，注意切削的角度，应尽量增大刀具的前角和主偏角，以促使刀锋锋利，减小切削力。同时在加工中应将粗细不同的加工零件分开进行加工，以能够有效降低切削力和切削温度对于整体机械零件的影响。在薄壁零件的车削中，合理的刀具对车削时切削力的大小产生的热变形、工件表面的微观都是至关重要的。前角的大小决定了刀具的锋利程度，如果前角大，则变形和摩擦力就会减小，但前角过大，会使刀具的楔角变小，强度减弱，散热情况差，磨损速度加快。所以薄壁零件加工时，所用高速的刀具，前角取6 ？觷～30 ？觷最佳，用硬质合金刀具，前角取5 ？觷～20 ？觷。后角大，摩擦变小，切削力也变减小，使刀具强度减弱，所以用高速钢车刀的时候，刀具后角取6 ？觷～12 ？觷，对于硬质合金的刀具，后角取4 ？觷～12 ？觷。在精车加工的时候时取较大后角，粗车时取较小后角。车薄壁零件内外圆时，首先选取大的主偏角。
2.3 减小内应力的措施
一方面，正火硬渡过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都会使内孔变形增大，所以要用控温正火或等温退火来处理锻件。金属的正火、退火以及在进行淬火之前的调质，都会对金属终极的变形量产生一定影响，直接影响到金属组织结构的变化。实践证明，在正火时采用等温淬火可有效地使金属组织结构趋于平均，从而使其变形量减小。另一方面，金属淬火后冷却过程对变形的影响也是很重要的一个变形原因。热油淬火比冷油淬火变形小，一般控制在100±20 ℃。油的冷却能力对变形也是至关重要的。淬火的搅拌方式和速度均影响变形。金属热处理冷却速度越快，冷却越不平均，产生的应力越大，模具的变形也越大。可以在保证模具硬度要求的条件下，尽量采用预冷；采用分级冷却淬火能明显减少金属淬火时产生的热应力和组织应力，是减少一些外形较复杂工件变形的有效方法；对一些特别复杂或精度要求较高的工件，利用等温淬火能明显减少变形。
2.4 其他措施
机械零件在精车时与粗加工相比，机械零件装夹方式仍然与其相同，前期的一些粗加工工序对后道也是有影响的，尽量避免野蛮手工操作，避免材料组织受力变形。对于机械零件加工变形更多的控制在后道，此外新的变形也会在磨削加工时期出现。此外，在后续工作中，镗床加工内孔这一阶段，就会产生相应的偏差。因为其是在磨削的基准面进行定位加工的，其最终的精镗内孔必然不精确。很显然，通过这样的方法，其所加工的机械零件的几何尺寸和精度，与图纸上的要求出入很大，所以必须采取一定的措施对其进行处理。例如：精车时控制磨削余量，特别是磨槽，余量过大容易圆角，砂轮磨损快；也可以改变传统的装夹方式，以热处理后的精车为入手点，在以后的每道加工工序时，采取有效的措施，保证装夹时机械零件避免对径向力的承受。还可以为每一环节设计专业夹具，在垂直轴的帮助下有效地防止机械零件的加工变形。此外，对于机械零件进行热处理或者加工后容易发生变形的状况，可以采取以下几种相应的措施来予以解决。
①对于一些粗加工的产品要进行精加工，尽量提升毛坯品质，需要渗碳的产品渗层尽量控制浅一点。机械零件中的残余应力要尽量的去除，可采用自然时效法、人工时效法，而人工时效法则有振动时效、热处理时效及超声冲击时效，避免这些内部应力对零件产生不良的影响，导致零件的加工变形。此外，还要及时对有问题的铸件进行合理的处理，以免平面和垂直度变大的铸件影响所生产的零件的质量。
②在机械零件加工并自然变形之后，利用专业的工具再将其进行修整，而这种方法是在零件变形之后，再进一步加工比较有效的方法。当机械零件出现热处理变形后，一般情况下淬火后要注意回火，因为淬火工件中或多或少地存在一定量的残余奥氏体，这些奥氏体在室温下的放置过程中会转变成马氏体，从而因发生体积膨胀而导致开裂。同时，淬火残余应力的存在会助长裂纹产生。这种裂纹是延迟发生的淬火裂纹，其形状与淬火裂纹相同。不良补救措施，全部回火注意保护避免表面脱碳氧化，重新整形，再次淬火。如：通过对每一个环节加以细化，使得机械零件加工变形的几率大大降低，更加符合生产要求，精准地把握图纸上的设计理念，减少经济损失，提升产品的质量和生产效率，确保实现机械加工的高效益。
3 在机械零件的加工中需要注意的方面
3.1 确保设计既科学又合理
在进行机械设计时，要加强机械零件的刚度，制定出有效的策略来调整生产结构，还要考虑到零件在加工过程中会不会发生变形，会不会受到其他外力或内力的作用，以及出现其他可能出现的问题。此外还要对零部件进行科学的布置，确保机械零件的受力情况正常，能够有效减轻机械零件的变形，尽量稳定热加工时的温度，从而有效避免由于温度而造成的机械零件变形的发生率。
3.2 零件加工的全过程要进行严格控制
在机械零件加工的过程中，要时刻注意变形问题，采取有效的措施减少机械零件的残余应力，尽可能控制机械零件的加工变形。
3.3 分工完成加工
要保证机械零件的加工经历两道工序，即粗加工和精加工，还要保证在加工过程中零件的精确性，不断提升产品的质量。这样不仅能够方便以后对机械零件进行维护检修，而且可以使得零件在加工过程中出现误差的机率大大降低。
3.4 做到自然或人工时效处理
重要零件在进行了精加工后，要通过自然或是人工时效处理才可以，从而减少机械零件加工后的应力和变形，提升产品的利用率，确保生产的高效性，不断完善生产结构，使其更加合理化、科学化。
4 结 语
常见的机械零件加工变形情况多种多样，而对于不同因素所引起的零件变形会有相应的措施予以解决，这需要更多的实践进行证明，要做好机械零件制造的每一个环节，确保生产过程的不断完善，尽可能减少因为零件加工变形问题而造成的经济损失，确保机械设备的正常运作，努力实现机械零件加工的高质量和高效率目标，增加机械加工业的经济收益和社会收益，使其能够走向更加广阔的市场。
参考文献：
[1] 王晓平，郭初阳，周亮，等.钛合金零件的机械加工工艺和质量控制[J].新技术新工艺，2013，（9）.
[2] 张军.如何消除零件加工的变形问题[J].黑龙江科技信息，2014，（2）.
[3] 郑勇.浅析机械加工工艺对零部件精度的影响[J].科技创业家，2013，（10）.
薄壁盘类零件变形控制 第3篇
关键词：回流器盖板,钛合金,变形控制
1 绪论
航空发动机是飞机的心脏, 有了适用的航空发动机, 才实现了真正有动力、可操纵的载人航空飞行。随着航空发动机的更新换代, 推动了军民用航空器一代一代的向前发展。推重比作为航空发动机更新换代的重要指标, 因此减小零件的重量成为航空发动机发展道路上的重要工作, 因此发动机中的薄壁零件越来越多, 加工难度也越来越大。钛合金以其比强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发动机理想的制造材料。
某型机的回流器盖板是典型的薄壁盘类零件, 材料为钛合金。回流器盖板的最大外廓尺寸420mm, 内、外壁壁厚为2mm, 外壁和内壁的两端为圆弧状 (流道面) , 在加工过程中无法装夹定位, 而其要求配合面的平面度为0.05mm, 且平行为0.02mm, 由于零件外壁和内壁的两端均为圆弧状, 没法定位和夹紧, 因此解决该零件的定位和夹紧以及如何减小定位和夹紧变形是该零件加工的主要难点。另外在零件壁薄加工时刀具和切削参数的选择也将影响零件的变形, 影响其精度。
为最大程度上控制薄板变形, 拟制造专用的工艺装备, 对零件装夹定位及其夹具结构技术的研究、加工参数对控制薄壁件变形技术研究、加工过程中控制残余应力的技术研究、加工过程中形位公差控制技术研究。加工编程时合理选择刀具和加工顺序, 确定合适切削参数, 减少切削变形。根据实际加工情况调整切削参数, 摸索参数变化对变形的影响, 找出合理切削参数, 减少切削变形。
2 典型薄壁件结构分析
回流器盖板直径φ420, 壁厚为2mm, 零件配合面在φ192~φ411范围内达到要求平面度为0.05, 是典型的薄壁件, 结构异性件。
3 航空发动机材料分析
航空航天产业为国防工业和制造业最重要的组成部分之一, 随着现代飞机、航天器性能要求的不断提高, 为了减轻重量, 增加机动性和增加有效载荷和航程, 航空航天零件材料在不断变革, 在航空发动机和飞机结构件中钛合金、高温合金、复合材料的含量逐渐占据了主导地位。而盘类零件主要是钛合金。
3.1 钛合金的性能特点
3.1.1 比强度高
钛合金的密度仅为钢的60%左右, 但强度却高于钢, 比强度 (强度/密度) 是现代工程结构金属材料中最高的, 适于做飞行器的零部件。资料介绍, 自20世纪60年代中期起, 美国将其81%的钛合金用于航空工业, 其中40%用于发动机构件, 36%用于飞机骨架, 甚至飞机的蒙皮、紧固件及起落架等也使用钛合金, 大大提高了飞机的飞行性能。
3.1.2 热强性好
往钛合金中加入合金强化元素后, 大大提高了钛合金的热稳定性和高温强度。如在300-350℃下, 其强度为铝合金强度的3-4倍。
3.1.3 耐蚀性好
钛合金表面能生成致密坚固的氧化膜, 故耐蚀性能比不锈钢还好。如:在19%HCl+10mg/l Na OH条件下使用的反应器导管, 不锈钢只能用5个月, 而钛合金则可用8年之久。
3.1.4 化学活性大
钛的化学活性大, 能与空气中的氧、氮、氢、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氨气等产生强烈化学反应, 生成硬化层或脆性层, 使得脆性加大, 塑性下降。
3.1.5 导热性能差、弹性模量小
钛合金的导热系数仅为钢的1/4、铝的1/14;弹性模量为钢的1/2, 刚性差、变形大, 不宜制作细长杆和薄壁件。
3.2 切削加工性特点
3.2.1 切削温度高
钛合金的导热系数低, 切削温度可比切削45号钢时高出数百度以上。
3.2.2 弹性变形大
钛合金的弹性模量低, 加工时容易产生变形, 使已加工表面产生回弹, 与刀具后刀面剧烈摩擦、粘附、粘结磨损等。
3.2.3 切削应力大
由于切屑与前刀面的接触长度短, 所以接触面积上的切削应力大大增加, 刀尖、切削刃容易磨损。
3.2.4 加工硬化严重
钛合金的化学活性大, 容易与大气中的多种元素产生化学反应, 形成硬而脆的外皮;同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。
3.2.5 粘刀现象严重
钛合金的化学活性大, 与刀具亲和力大, 造成粘结磨损和扩散磨损, 产生严重的粘刀现象和积屑瘤。
4 薄壁件变形控制技术
4.1 工艺路线的研究
经过对回流器盖板的零件结构和加工难点的分析, 为减小应力变形, 在粗加工和半精车后分别增加低温消除应力工序;为了保证最终精度, 在精加工之前增加了车基准工序, 保证了精加工的定位精度。
4.2 装夹方式的研究
最后两道精车工序和车基准工序是是否能够保证最终的精度要求的关键, 这四道工序的装夹方式起到很重要的作用。切削钛合金时吃刀抗力较大, 故工艺系统需保证有足够的刚度。由于钛合金易变形, 所以切削夹紧力不能大, 特别是在某些精加工工序时, 一定要掌握好零件的夹紧力度。
4.3 刀具的选择和切削参数的研究
要想有效车削钛合金, 必须针对其切削加工特点, 首先要正确选择刀具材料的种类和牌号, 再确定刀具的合理几何参数, 优化切削用量并选用性能好的切削液及有效的浇注方式。
4.3.1 刀具的选择
(1) 正确选择刀具材料
车削钛合金时必须选用耐热性好、抗弯强度高、导热性能好、抗粘结抗扩散、抗氧化磨损性能好的刀具材料。
车削多选用硬质合金刀具, 以不含Ti C的K类硬质合金为宜, 细晶粒和超细晶粒的硬质合金更好。
尽可能使用硬质合金刀具, 如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。低速下断续切削时可选用耐冲击的超细晶粒硬质合金, 成形和复杂刀具可用高温性能好的高速钢。
(2) 选择合理的刀具几何参数
根据钛合金塑性不大、刀-屑接触长度较短, 宜选较小前角;由于钛合金弹性模量小, 应取较大后角, 以减小摩擦, 一般大于15°;为增强刀尖的散热性能, 主偏角宜取小些, 主偏角小于45°为好。刀尖采用圆弧过渡刃以提高强度, 避免尖角烧损和崩刃。保持刀刃锋利, 以保证排屑流畅, 避免粘屑崩刃。
4.3.2 切削参数的研究
切削温度高是切削钛合金的显著特点, 必须优化切削用量以降低切削温度, 其中重要的是确定最佳的切削速度。钛合金切削速度宜低, 以免切削温度过高;进给量适中, 过大易烧刀, 过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快;切削深度可较大, 使刀尖在硬化层以下工作, 有利于提高刀具耐用度。加工时须加冷却液充分冷却。
由于零件为盘类薄壁件, 零件轴向刚性很弱, 径向刚性比较强, 所以要沿着零件径向走刀, 使切削力的方向是沿着零件的径向。
为了得到最优化的切削参数, 做了大量的工艺试验:
最终确定精车切削参数为:
5 结束语
零件变形 第4篇
联接盘 (YJ19A.2.3.2-8) 是卷烟机刀头部分的关键零件之一, 该零件的加工质量直接影响着卷烟机刀头部分的可靠性, 从而影响烟支的卷制质量。由于联接盘属于异形件中典型的高精度、易变形零件, 长期以来, 该零件的加工质量一直不稳定。因此, 如何提高零件的加工精度、解决零件变形问题成了该零件加工的关键。
1 联接盘加工的技术难点分析
首先, 我们对联接盘的图纸和技术要求进行了深入的分析, 零件图纸如图1所示。由图纸可以看出, 该零件基本属于对称结构, 支撑部分臂薄, 用于减轻重量, 以满足工件高速旋转的要求。为了满足该零件的旋转精度和旋转过程中的动平衡, 设计要求其中的Φ47 (0/+0.016) 孔的轴线与基准轴线B必须相交, 公差为0.02mm。尺寸93 (-0.04/+0.04) 两端面相对于Φ47 (0/+0.016) 孔轴线的对称度公差为0.03mm, Φ28H6孔相对于基准轴线B同轴度为0.015mm而且轴线和基准面A要满足平行度要求的0.025mm。
联接盘的加工难点:
(1) 形位公差要求严
(2) 零件壁薄, 易变形
2 解决方案
2.1 自制定位芯棒, 巧拼工装, 解决加工精度难题
该工件的形位公差要求严格, 为了保证上述形位公差值, 就必须保证Φ47H6孔和2个Φ28H6的孔以及铣削93 (-0.04/+0.04) 的两端面在一次装夹中完成, 而且图1中左视图的62尺寸的左侧端面要紧贴工装, 确保工件加工时有一个可靠的基准平面。为此, 我们拼制了如图2所示的组合工装。
同时, 为了保证Φ47 (0/+0.016) 孔能够同时加工, 我们专门设计了一个直径为Φ46H7的组合可卸芯棒, 如图3所示。在工件加工前, 将芯棒固定部分通过定位块固定在弯板上, 起定心作用。当加工Φ47H6孔时, 去掉组合芯棒的可卸部分, 即可对Φ47孔进行精镗, 从而有效地保证了设计要求的各项形位公差要求, 合格率达到100%。
2.2 精心设计加工程序, 解决工件加工变形问题
切削应力和切削热是造成工件加工变形的主要因素, 尤其对于像联接盘这样的薄壁零件。以往加工该零件的外形轮廓时, 由于刀具切削量大, 产生的切削热多, 往往造成工件的变形, 从而影响工件的几何形位公差。为了解决工件加工变形问题, 我们借鉴车间高速加工中心的铣削经验, 采用“小切削量, 高进给”的分层加工策略, 设计了针对西门子840D数控系统的分层铣削程序格式。下面是加工零件中R19园势, 20宽凹挡处的部分程序格式, 分层铣削加工效果如图4所示。
分层铣削的方法有效降低了工件的加工变形, 提高了零件的加工质量, 取得了很好的效果。
2.3 适当集中工艺, 进一步提高工件加工质量
在以往的加工工艺中, 零件上的4-Φ8.8孔, 2-Φ13工艺孔以及左视图中的93 (-0.04/+0.04) 处的12后内侧面都是单独的加工道序, 需要多次上车加工, 由于累计加工误差和普通设备加工精度原因, 往往造成加工部位偏心, 不利于该零件后续的动平衡试验。为此, 我们通过精确控制工件加工孔位和组合夹具定位槽的位置, 将上述加工内容集中到一次装夹中加工完成, 进一步提高了工件的精度和质量。
结语
在联接盘的加工过程中, 通过自制工装, 合理安排工艺, “分层切削”程序的应用等各种手段, 有效解决了联接盘加工的精度和变形问题, 同时也为类似零件的加工提高了较好的解决方案, 这在很大程度上提高了零件的加工质量, 加快了生产进度, 有效降低了生产成本, 为企业创造了更高的经济效益。
摘要：联接盘是卷烟机刀头组件中最关键的零件之一, 由于需要高速旋转, 因此, 该零件的形位公差精度要求特别高, 对零件各部分形状的对称性也有特殊要求。该零件属于薄壁件, 不易装夹, 易变形。通过自制专用工装来装夹, 适当集中了加工工艺, 并合理编制数控程序, 有效提高了该零件的加工精度、解决了零件变形问题, 保证了零件的加工质量。
关键词：联接盘,自制工装,形位公差精度,变形
参考文献
[1]王燕, 杨军.支架加工工艺设计[J].机械工程师, 2007 (07) :128.
[2]瑞士米克朗公司.高精度、高性能的五轴联动米HPM加工中心[J].航空制造技术, 2005 (12) .
机械零件加工中的变形与相应措施 第5篇
关键词：机械加工零件,变形,措施,使用寿命,发展现状,安全隐患
机械加工零件安全性能的提高,不仅可以为相关的加工企业带来更多的经济效益,也对零件使用过程中安全事故发生几率的降低有着可靠地保障。因此,在对不同零件加工的过程中,操作人员需要充分地考虑各方面的影响因素,采取可靠的预防措施避免加工过程中出现加工零件变形现象,保证后期零件的正常投入使用。实现这样的生产目标,需要对现阶段机械加工零件变形现象出现的原因进行深入地分析,找出可靠的应对措施避免具体操作过程中产生零件变形问题,为现代化工业生产企业战略目标的实现奠定坚实的基础。
1 零件加工中的变形探索
1.1 内力作用下影响了零件加工精度
利用车床在对零件进行有效地加工时,对于车床的四爪卡盘依赖较强,需要在这种装置的作用下对零件进行必要地加固。同时,由于这种构件在车床正常运行中会产生向心内力,有利于对不同的机械加工零件进行针对性地操作,确保了零件加工计划的顺利完成。利用车床的四爪卡盘对零件进行加工时,切削力的存在可能会对加工过程中四爪卡盘作用下产生的夹紧力产生较大的影响,需要操作者规范加工过程中的具体操作行为,提高机械零件的加工质量。但是,结合目前机械加工零件的发展现状,可知在四爪卡盘实际的作用过程中容易产生零件变形问题,使得加工完成后得到的零件与设计要求的零件有着较大的偏差,影响了加工零件后期的正常使用。技术人员通过对这种加工流程的深入分析,发现零件加工时产生变形问题的主要原因有:(1)加工过程中零件的粗糙度过大,没有采取有效的热处理措施;(2)在对零件精加工时,操作人员没有对磨削加工与精加工进行同时地控制,致使零件加工中出现了变形问题;(3)加工过程中磨削的定位基准面选择不合理,致使其中的精镗内孔出现了较大的偏差,影响了零件的加工质量。
1.2 热处理加工后容易产生变形问题
对于薄片类的机械零件加工过程中的长径非常小。需要对零件进行热处理操作。经过热处理的零件在后期的放置过程中,容易产生变形问题。具体表现在:(1)零件中间鼓出一部分,加大了其平面偏差;(2)热处理后零件在放置的过程中受到各种客观存在因素的影响,产生了一定程度的弯曲问题。这些变形问题产生的原因主要有:(1)经过热处理后的零件内部的内应力发生了变化;(2)实际操作中技术人员对于零件的结构稳定性了解太少,加大了零件变形现象出现的几率;
1.3 外力作用下引起的弹性变形
机械零件加工过程中出现弹性变形现象的主要原因包括:(1)某些零件内部包含着薄片,自身的结构稳定性对于操作方法有着较高的要求。加工过程中操作人员忽略了这些构件的加工要求,引起了弹性变形问题;(2)加工中对于零件的定位不合理,降低了零件的刚性强度;(3)加工过程中切削力的存在引起了零件的弹性变形问题。这些方面的不同内容,客观地说明了外力作用下对于机械加工零件加工质量的影响。
2 主要的应对措施
2.1 提升毛坯质量
为了避免机械零件在具体的加工过程中出现变形现象,需要技术人员在各种设备具体操作的过程中,采取可靠的措施提升毛胚质量,确保加工完成后得到的零件能够符合零件设计方案的具体要求,为后期零件的正常使用提供可靠的保障。基于此,对于不同类型的毛胚,加工之前操作人员需要对其质量进行必要地检查,对于其中存在问题的毛胚进行及时地更换,避免加工过程中出现零件变形现象。同时,零件加工之前操作人员需要对加工设备的结构特性有着必要地要求,根据加工设备的具体要求选择质量可靠的毛胚,确保经过专业设备加工后的零件整体的质量安全性能够达到行业参考标准的具体要求,延长零件的使用寿命。
2.2 限型热处理
机械零件加工中受到各种客观存在因素的影响,对于零件的安全性能带来了较大的威胁。因此,技术人员需要采取可靠的限型热处理方式,提高加工零件的刚度,限制其变形现象的产生,避免零件加工过程中出现变形过大的现象。在具体的处理过程中,操作人员需要根据零件的功能特性,选择可靠的限型热处理措施,增强零件的安全可靠性。
2.3 修整加工
经过热处理加工完毕后的零件,需要采取可靠地措施防止零件出现热处理现象,最大限度了保证零件的安全性能不受影响,为机械零件加工质量的提高提供可靠地保障。与此同时,需要对经过加工处理后的零件进行必要的修整加工,确保零件的变形再加工质量能够达到行业规范条例的具体要求,延长机械加工零件的使用寿命。
3 注意核心要点探索
为了保证机械加工零件质量,需要对加工过程中的相关要点有着必要地了解,避免加工过程中出现零件变形现象,影响生产成本的同时也对零件的正常使用带来了较大的威胁。机械加工零件过程中需要注意的核心要点主要体现在以下方面:(1)完善设计方案。在对不同零件具体设计的过程中,需要充分考虑零件加工过程中的机构动作与机械零件的强度,确保零件在加工的过程中不会出现变形形象,为零件安全可靠性的增强提供可靠地保障。同时,机械零件加工过程中需要加强对整个作业流程的监控,合理地布置机械零件,确保零件受力的均匀性,减少加工过程中零件的差异性。实现这样的生产目标,需要技术人员完善机械零件设计方案,避免加工过程中零件产生变形问题;(2)做好细节问题的处理工作。机械零件加工过程中可能会存在着各种各样的细节问题,容易对加工零件的精度造成较大的影响。因此,在实际的加工过程中,技术人员需要做好细节问题的处理工作,采取可靠的措施消除零件内应力的影响;(3)分工完成各项工作。采取精加工与粗加工的操作方式完成零件的加工计划,及时地消除其中可能存在的内部应力。同时,机械零件加工过程中需要保证工艺的基准性,减少后期的维修成本。加强加工过程中的误差控制,利用合理的分工计划避免零件加工变形问题的产生。
4 结论
机械加工零件变形问题的产生,对于零件后期的正常使用埋下了较大的安全隐患,客观地加大了加工过程中的加工成本,也为零件使用寿命的延长带来了明显的影响。为了改变这种不利的发展现状,需要对机械加工零件变形现象出现的原因进行必要地探讨,采取合理科学的应对措施及时地消除这种变形现象带来的不利影响,为机械加工企业生产效益的持续增加和产业规模的不断扩大提供可靠地保障,加快现代化工业社会的发展速度。
参考文献
[1]刘新强,王恩双.机械零件加工中的变形与对策[J].装备制造技术,2012(08).
[2]丁向琴,周学冬.关于机械零件加工变形原因和改进处理措施分析[J].科技风,2014(16).
[3]李海燕,许明.机械零件加工中的变形与应对措施[J].汽车齿轮,2013(02).
[4]费雯.精密平板的热变形理论与应用研究[D].安徽大学,2010(05).
汽车零件用高强度钢板的高应变变形 第6篇
为了减轻汽车车身的质量及提高汽车的碰撞安全性, 高强度钢板在汽车车身零部件中的应用越来越广泛。汽车在碰撞过程中作用于抗冲击零部件的应变速率 (ε) 可高达103/s, 因此车身防撞类零部件应选用变形强度对应变速率很敏感且又具有高吸收碰撞能量的钢板。
早期主要研究了高应变速率和相同强度条件下, 双相钢与其他钢种相比, 在应变速率敏感性和能量吸收能力方面的优势如图1。
按照强度分类的方法, 可以将高强钢分成不同的类别, 但即便属于同一类别的高强钢, 微观组织也可能不完全相同, 而且晶粒大小和第二相微观组织构成也可能有差别。
本文论述了固溶强化铁素体钢的晶粒尺寸、复相钢中第二相微观组织的类型及含量对钢板高速变形行为的影响。在冲击压溃试验中, 抗冲击梁采用横截面为帽型的试样作为模型, 并用FEM模拟试样的变形过程。
2 试验方法
2.1 应变速率对变形组织的影响
试验材料经真空熔炼, 然后进行热轧、冷轧、退火, 最终生产出低碳钢、440 MPa固溶强化钢和590MPa双相钢, 材料的化学成分如表1。3种钢均进行10%的应变。方法如下:使用Instron拉力试验机, 应变速率选用2×10-2/s;使用Hopkinson杆式冲击拉力试验机, 应变速率选用2×103/s。用光学显微镜检查钢板表面的变形带;用TEM显微镜观察位错结构。
2.2 晶粒尺寸对铁素体单相钢高速变形行为的影响
试验材料经真空熔炼, 然后进行热轧、冷轧、不同条件的退火后, 生产出晶粒尺寸不同的铁素体单相钢 (属固溶强化钢) , 材料的化学成分如表2。使用Instron拉力试验机, 应变速率选用2×10-2/s和2/s;使用Hopkinson杆式冲击拉力试验机, 应变速率选用2×103/s。试验目的是研究晶粒尺寸与动态变形强度之间的关系。试样平行段部分宽度为2.5 mm, 标距长度为3.8 mm。用干涉显微镜通过切割法来测量晶粒尺寸。
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2.3 马氏体对双相钢高速变形行为的影响
试验材料经真空熔炼, 然后进行热轧、冷轧、不同条件的热处理后, 生产出铁素体、马氏体晶粒尺寸不同且两种相含量不同的试样, 材料化学成分如表3。拉伸试验的应变速率为2×10-2/s和2×103/s。
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2.4 残余奥氏体对复相钢高速变形行为的影响
试验材料经真空熔炼, 然后进行热轧、冷轧、不同条件的热处理后, 生产出具有残余奥氏体含量<2%的双相钢[铁素体 (α) +马氏体 (M) +奥氏体 (γ) ], 以及残余奥氏体含量在2%13%的TRIP钢[铁素体+贝氏体 (B) +奥氏体+马氏体], 材料的化学成分如表4。拉伸试验的应变速率分别为2×10-2/s和2×103/s。
2.5 采用帽型截面试样的高速冲击试验及FEM分析方法
试验采用3种尺寸的帽型截面试样, 如图2。用294 N铅锤, 分别以30 km/h和50 km/h的速度对试样进行冲击。
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利用Tanimura等人推荐的组合方程, 可以从应变速率为2×10-2/s和2×103/s拉伸试验的真应力-真应变关系中, 获得应变速率为2×102/s的真应力-真应变关系。基于3种应变速率的真应力-真应变关系, 利用插值法和外推法就可以获得任何应变速率下的真应力-真应变关系。同冲击试验一样, 在相同条件下, 可以利用这些试验结果进行FEM模拟分析。试验要素中, 板单元数为1 080, 铅锤单元数为16, 节点的数量分别为1 096和32。应变速率为2×10-2/s和2×103/s的名义应力-名义应变曲线如图3。
3 试验结果
3.1 应变速率对变形组织的影响
应变速率为2×10-2/s和2×103/s的低碳钢板拉伸试验结束后, 光学显微镜观察到其试样表面的变形组织如图4。与静态条件下的变形组织相比, 高应变速率下的变形组织, 其变形带是模糊不清的。即使在静态变形条件下, 高强度钢的变形组织也是模糊不清的, 所以应变率对高强钢变形组织的影响不大。
TEM观察到的位错结构如图5。静态条件下, 低碳钢中可以观察到明显的晶胞, 而在高强钢中, 晶胞比较模糊, 尺寸也比较小。另外还观察到, 在高速变形条件下, 3类钢种中几乎没有形成晶胞结构, 这是因为材料的强度随着应变速率的增加而提高, 导致了更多的位错源被激活, 所以在高速变形条件下, 变形组织不会形成晶胞结构。
3.2 晶粒尺寸对铁素体单相钢高速变形行为的影响
Hall-Petch关系如式 (1) 所示, 为屈服强度σy和晶粒尺寸d之间的关系。
式中, σ0为位错在基体金属中运动的总阻力;ky为度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数。
图6给出了晶粒尺寸和应变速率对屈服强度的影响。随着应变速率的增加, 晶界处的位错移动变得更加困难, 导致ky值随着应变速率的增加而增大, 如图7。在动态条件下, 随着晶粒尺寸减小, 变形强度对变形速率的敏感性增强, 材料吸收的能量增加, 如图8。
3.3 马氏体对铁素体+马氏体 (双相钢) 高速变形行为的影响
应变速率和马氏体的体积分数对屈服强度的影响如图9。在动态变形条件下, 屈服强度随着马氏体体积分数的增加而增大;但在静态变形条件下, 即使马氏体的体积分数增加, 屈服强度也没有明显变化。
马氏体的体积分数和应变速率对抗拉强度的影响如图10。抗拉强度随着马氏体体积分数的增加而增大, 而且无论在何种应变速率条件下, 抗拉强度始终保持着相同的增量。试验证明, 可以通过增加马氏体的体积分数来提高动态变形强度, 而且不会增加静态屈服强度。
动态变形条件下, 应变为10%的n值是随着相界面积的增加而增大的, 如图11。
在双相钢中, 变形强度对应变速率敏感性增强。动态变形条件下, 双相钢吸收能量的多少是随着马氏体的体积分数或铁素体-马氏体的相界面积增加而增加的。
3.4 残余奥氏体对复相钢高速变形行为的影响
α+M+γ (γ<2%) 组成的双相钢和α+γ+B+M (2%≤γ<13%) 组成的TRIP钢的静、动态屈服强度比值 (强度比在应变速率为2×103/s和2×10-2/s之间) 受静态屈服强度和静态抗拉强度的影响, 如图12。屈服强度的静动态比值随着静态屈服强度或静态抗拉强度的增加而减小。但是在相同强度条件下, α+M+γ钢的静动态屈服强度比值比α+γ+B+M钢的高。在静态变形条件下, 残余奥氏体含量为10%左右时, n值获得最大值;但是在动态变形条件下, n值与残余奥氏体含量成反比关系, 如图13。
应变达到30%时的动态能量吸收值如图14。材料在相同强度条件下, 双相钢 (α+M+γ) 动态能量吸收的能力要比TRIP (α+γ+B+M) 钢强。
在高速变形过程中, 双相钢的强度对应变速率的敏感性要比TRIP钢高。马氏体相增加了加工硬化倾向, 因此可以认为在高速变形过程中, 铁素体和第二相强度不同导致了加工硬化增加的比例不同。
3.5 帽型截面试样的冲击压溃试验和FEM模拟试验结果
承受速度为50 km/h的冲击后, 低碳钢和590MPa双相钢大截面试样变形形态的模拟计算结果和试验结果如图15。由图15看出, 高强度钢的冲击压溃量比低碳钢小很多, 表明高强度钢具有出色的抗冲击性能。模拟计算结果认为, 变形是从端部的皱折开始的, 而端部正是承受载荷冲击的地方, 冲击压溃量是随着冲击速度的提高而增加的, 并且冲击后的形态呈阶梯式。
同模拟计算结果一样, 经过冲击压溃试验后的试样, 也可以在底部附近观察到少量的变形, 冲击压溃量也随着冲击速度的提高而增加, 并且冲击后的形态呈阶梯式。同时, 也观察到试验中有底部皱折、冲击端皱折和两端同时发生皱折的情况。上述3种结果的出现与端面加工精确度、冲击方法的差异以及其他因素有关, 这可能也是这类试验所存在的问题。
承受速度为50 km/h的冲击后, 低碳钢和590MPa双相钢小截面试样变形形态的模拟计算结果和试验结果如图16。无论模拟计算结果还是试验结果, 都是在距离端部60 mm左右的部位发生皱折。这种现象可能是因为小截面试样自由端长度比大截面试样短, 所以小截面试样底部不易发生皱折。
如图17所示, 冲击压溃量的试验值与模拟计算值是一致的, 因此可以通过模拟计算的方法来预测冲击压溃量。
4 结论
研究钢板微观组织与应变速率之间的关系, 得出以下结论。
a.高应变速率下的变形组织比低应变速率下的变形组织模糊。
b.应变速率达到2×103/s时, Hall-Petch关系式也适用于铁素体单相高强钢。
c.应变速率为2×103/s时, 随着马氏体体积分数的增加, 双相钢的抗拉强度和屈服强度同时增大;应变速率为2×103/s时, 双相钢的n值随着铁素体与马氏体相界面积的增加而增大。
d.高速变形过程中, 具有α+M+γ结构的双相钢比具有α+γ+B+M结构的TRIP钢具有更高的能量吸收能力, 且双相钢的变形强度对应变速率的敏感性更高。
零件变形 第7篇
楔横轧轧制是一种轴类零件成形新工艺、新技术, 具有生产效率高、节材、降低模具成本等优点, 是适合专业化、经济化、大批量生产轴类零件的有效工艺手段, 其基本工作原理是具有多个楔形模具的轧辊同时对轧件进行径向压缩和轴向延伸的塑性成形。
随着楔横轧工艺技术的发展和广泛应用, 急切需要掌握其变形规律, 为工艺设汁和生产实际提供指导。这就需要在物理模拟的基础上, 应用有限元仿真对其变形过程进行定量的分析。本文以阶梯轴类零件为例, 应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对阶梯轴类零件的楔横轧成形过程进行仿真模拟, 得到轧件的应力场和应变场的分布规律。
1 有限元模型的建立
轴类零件楔横轧成形既有径向压缩和轴向延伸, 又存在横向扩展, 它不但存在材料非线性、几何非线性, 而且其边界条件也很复杂。在建立有限元模型时, 只有充分考虑上述多种因素, 才能得到成形过程比较真实的描述。
图1所示为阶梯轴类零件楔横轧成形数值模拟采用的有限元模型图[4], 其主要工艺参数为:展宽角β=6°, 成形角α=28°, 轧辊直径D=610mm, 坯料直径d。=40mm, , 断面收缩率ψ=50%。
由于轧辊的刚度过大, 建模时忽略轧辊的变形, 采用刚性壳单元 (Shell 163) 进行网格划分, 轧辊的弹性模量E=210 GPa。轧件材料为7.415 8号2钢1, 0假3k定g材/料m3为多段线形弹塑性材料模型, 轧件采用八节点实体单元 (Solid 164) 进行网格划分, 轧件弹性模量E=90 GPa, 泊松比v=0.13, 质量密度ρ=7.182×103kg/m3。忽略导板存在。轧件与上下模具采用自动的表面——表面接触模型, 轧辊表面为目标面, 轧件表面为接触面。接触摩擦简化为库伦摩擦。由于结构的对称性, 取模具和轧件的1/2模型进行数值模拟, 并在对称面上给于轴向约束。
2 应力与应变的分析
楔横轧整个轧制过程分为3个阶段, 即楔入段、展宽段和精整段。其中, 展宽段是楔横轧成形的主要阶段, 轧件的径向压缩、轴向延伸这一主要变形在这里完成。因此, 本论文主要对展宽段轧制过程应力应变进行分析。
轧件展宽段横截面上的x方向应力如图1所示。可以看出, 模具压下方向应力σx在轧制力作用区域内为压应力, 并随着距轧制力作用区域距离的增加压应力逐渐减小, 轧件心部由于受到金属横向流动的作用变为拉应力。在平行于模具的非直接受力区的作用区域, 金属发生横向堆积, 轧件直径有变大倾向, σx变为拉应力。
轧件展宽段横截面上的y方向应力, 横向应力σy在轧制力作用区域内为压应力, 随着离轧制力作用区域距离的增加而压应力逐渐减小, 拉应力逐渐增大, 轧件内部平行于模具成形面的金属, 随着变形的不断进行, 在其心部已变成明显的两向受拉的应力状态。
轧件展宽段横截面上的z方向应力, 轴向应力σz在轧制力直接作用区域内同样为压应力, 随着离轧制力作用区域距离的增加而压应力逐渐减小, 在平行于模具的间接受力区的作用区域, 金属由于堆积变形, 受到拉应力作用, 并向轧件心部扩展, 但应力逐渐变小。
展宽段轧件纵截面上的应力场。模具压下方向应力σx在模具作用下方区域均为压应力, 轧件外层压应力较大, 向轧件外侧没有与模具接触部位扩散, 逐渐减小。横向应力σy和轴向应力σz在模具作用下方区域也为压应力, 并向外扩散逐渐减小, 在远离模具成形面的轧件中心部位, 变为拉应力。
轧件变形为复杂的三维变形, 即径向压缩、轴向延伸和横向展宽。展宽段模具作用下方金属的变形随压下量的增大已渗透到轧件内部, 其径向应变εx和横向应变εy为压缩应变。这是由于变形区金属在模具作用下径向压缩、横向展宽, 这两部分变形相叠加, 径向压缩变形比横向展宽变形大。轴向应变εz为拉伸应变。
显然, 轧件上已轧细部分的模具压下方向应变εx和横向变εy为压缩应变, 这是因为金属在模具作用下受径向压缩、横向展宽的原因, 轴向应变εz为拉伸应变。从3个方向的应变图可以看出, 轧件上已轧细部分z方向应变值εz较大, 且其数值比较平均, 而x方向和y方向心部受到不同程度的压应变。
3 结论
对阶梯轴类零件楔横轧轧制过程进行了数值仿真模拟, 得到了轧件成形过程中轧件内部应力场和应变场信息, 应力表现为两拉一压状态, 且轧件心部应力较大;应变表现为轧件轧细部分应变较大, 应变由外层到内层逐渐减小, 轧件心部应变最小。通过分析掌握了轧件在轧制过程中的内部变化规律, 为以后楔横轧理论研究和工艺发展提供了良好的基础。
摘要：建立楔横轧轧制阶梯轴的有限元模型, 对楔横轧阶梯轴进行轧制过程的模拟仿真, 分析了轧件在展宽段内应力场、应变场的分布情况和轧件变形过程中金属的受力和流动情况, 为以后楔横轧理论研究和工艺发展提供了良好的基础。
关键词：阶梯轴,楔横轧,分析
参考文献