钢球坯纵轧成形的数值模拟

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1、第!"卷第#期塑性工程学报789:!";+8:#$""%年&月,<=:;$""%’()*+,-(./-,01232145+62+55*2+6钢球坯纵轧成形的数值模拟（燕山大学，秦皇岛">>""#）;汪先虎;王海儒（太原重型机械学院，太原;"%""$#）;双远华（?03:08@ABCDE38DF8DCAG8H驻北京办事处）;陈火红摘;要：基于金属塑性变形基本原理与钢球球坯纵轧成形的特点，建立了金属在轧辊孔型中变形的简化模型，运用现代有限元数值模拟的方法，分析了金属在模腔里的基本流动规律；通过对不同参

2、数的模拟，得到了能满足球坯质量要求的合理原料尺寸和孔型参数。关键词：钢球；球坯；数值模拟；纵轧；有限元中图分类号：16%%#:!I;;文献标识码：,;;文章编号：!""IJ$"!$（$""%）"#J"">$J"K!;引;言$;弹塑性有限元基本公式钢球的纵轧成形方法，早在$"世纪#"、K"年金属的塑性加工是一种大位移变形及有限应变［!，$］的弹塑性问题［#］，在解决这类问题时，必须考虑材代国外就有所研究，但是由于成形工艺上的困难，此方法一直停留在理论研究阶段；在我国，$"料的非线性和变形的几何非线性

3、。建立弹塑性有限世纪W"年代，也开始了这方面的研究，专利变形的有限元方程有两种描述方法，一种是拉格朗X-WI!!"#KK:I就是在这种方法上的创新和发展［%］。日描述法；另一种是欧拉法。这里只列举拉格朗日它采用集体传动的平Y立Y平%架轧机实现球坯的描述法的有限元基本方程，即用克希柯夫应力（或纵轧成形和分离切断。更重要的是，它采用了相应拉格朗日应力）与格林应变表示的几何方程、本构［K］的相位调节机构，使连轧成形的相位调节和同步轧方程和虚功方程。制工艺问题得到了顺利的解决，从而在成形工艺上变形体在变形

4、过程中，每一个瞬间都要满足平衡关系，用虚功方程可表示为：向前推进了一步。""鉴于金属在孔型中变形的复杂性，了解金属在%%%!"#$!%#$V!"&%%"(#!)#V""*%%%!+#!)#V!"""’"孔型中的流动规律，对工艺参数的确定和保证球坯（!）成形的质量有着重要的意义；在有限元计算机模拟;;在有限变形图形下的有限元增量形式的刚度方技术高度发展的今天，已具备了这方面研究的条件。程为：由于研究对象属大变形问题，且在模拟过程中网格"."的变化是相当剧烈的，所以，对模拟软件的要求必｛!(｝&%%%

5、!［,-#$］/#$0［1,-01］V!"｛!#｝*"须是具有强大的三维网格重划功能。美国."%%%!（［,-#$］/#$0［1,201］*?03:08@ABCDE38DF8DCAG8H公司开发的0

6、的模拟和分析，;;在大位移变形有限应变的情况下，根据塑性流力求揭示金属的流动规律，找出对球坯质量产生影动理论得到的本构方程为：响的因素，为轧辊孔型设计和工艺参数的确定提供&/"（%）!"#$#$01!%01理论依据。式中"&56&’#&’$&’0&’1/#$01&9999/8:(;*&’7&58&5:&5(&5;汪先虎;5LCG9：MNCOGHAM$"""BPMQRGHCSO8LSOH王海儒;5LGC9：TCH=UCGD

7、59"#03&59&59"#03收稿日期：$""$J!!J!#；修订日期：$""%J"KJ!W(;::"第:期汪先虎等：钢球坯纵轧成形的数值模拟

8、的轧辊沿曲面体的长轴方向滚动压下，3021C/63C’8D/-1.25.D3使之成为球坯，其成形过程类同于连续辊锻成形。在实际问题中，由于轧辊的直径远大于球坯直径，故其成形过程可简化成两对模具的锻压过程，为了减少计算量，仅用#$%球坯的成形为模拟对象，如图#所示。$图!"第二工步结束时工件的变形&’()!"B6323C18+./’101C71894’353.//633021CD35102-1.25.D3图#"简化的模拟模型在模拟过程中，采用了!组工艺参数进行了模&’()#"*’+,