环形件分级扩径成形及开裂研究.pdf

环形件分级扩径成形及开裂研究赵艳华;李庆华;李付国;汪程鹏【摘要】Aimingatexistinginsufficientofmechanicalexpandingforrings,thegradingexpendingprocesshasbeendevelopedandapplied.Theprocesscharacteristicshavebeenintroducedinthetext.Takingdoublegradingprocessasanobject,thecalculationformulaofexpandingforceandstrokehavebeentheoreticallyderived.TheexpandingprocesshasbeensimulatedbyuseofsoftwareABAQUS,andtheinfluencelawofparameterofmaterial'onpressureconesteminexpandingprocesshasbeengained,whichverifiestheaccuracyoftheoreticalderivation.Inordertopreventcrackingintheprocessofexpanding,thetheoryofcriticalvoidgrowthratioindamagemechanicshasbeenappliedtoestablishtheconditionofexpandingformingwithoutcrackingwithhelpofplasticmechanicsequation.Theconditionisthecriterionforthefractureforecast,whichhasbeenverifiedbyexperiments.%面对现有环件机械扩径工艺的诸多不足,分级扩径工艺得到了发展和应用.本文介绍了该工艺的基本特点,并以双级扩径工艺为研究对象,从理论上推导了扩径力和扩径行程的计算公式.采用ABAQUS软件对扩径过程进行了模拟,获得了扩径过程中材料参数对锥杆下压力的影响规律,从而验证了理论推导的准确性.为了解决环形件扩径过程中的开裂问题,运用损伤力学的临界空穴扩张比理论,并借助塑性力学方程,建立了环形件的扩径成形无开裂条件,以此作为环件预测开裂的依据,并通过实验证明了该条件的正确性.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】5页(P79-83)【关键词】机械制造;扩径;环件;数值模拟【作者】赵艳华;李庆华;李付国;汪程鹏【作者单位】西北工业大学材料科学与工程学院,陕西西安710072;西北工业大学材料科学与工程学院,陕西西安710072;西北工业大学材料科学与工程学院,陕西西安710072;西北工业大学材料科学与工程学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TG394环形零件在机械设备、电器和仪表产品中，均有广泛的应用。随着环形件规格形状逐渐复杂化和尺寸大型化，研究环形件的扩径加工工艺，对提高环形件的生产设计效率和质量，推进其模具的发展与进步，具有十分重要的意义[1]。环件扩径是在模具压力作用下使环件沿径向扩张的成形工艺,属于环件深加工技术范畴。根据环件的形状要求,扩径工艺既可完成环坯的局部扩张,也可完成环坯的整体扩张。环形零件扩径的方法很多，可以在通用机械压力机、液压机或专用胀形压力机及专用装置上完成。成形的环件广泛用于机械、电力、航空航天、轻工等工业部门中[2]。环件扩径作为环件精密成形工艺，对于保证环件的尺寸精度、降低残余应力及消除加工变形具有重要的作用。当前环形件的扩径工艺主要是机械扩径，即采用锥杆斜块扩孔原理，锥杆下移通过分瓣凸模外移使环形件发生塑性变形的一种材料加工工艺[3～5]。随着近年来社会发展的需要,零件的形状尺寸也日益复杂，由于受到杆的锥度和瓣模厚度等因素限制，每套模具所能加工零件尺寸范围有限。对于一些生产批量有限的大尺寸环形件，相应的模具费用相对比较高。为了扩大所加工零件的范围，开发出了分级扩径技术。根据零件的外形，仅设计加工厚度较小的最外层瓣模，通过螺栓将其紧固在内层的瓣模上，即扩大了零件加工范围，又降低了模具费用。近年来，国内在引进相关设备的基础上，已初步展开相关理论及工艺研究，采用扩径工艺直接成形出近净尺寸的环件。实验表明其精度远远高于普通环轧件的尺寸精度，因而大大提高了材料利用率。目前，我国尚未掌握大型机械扩径机的制造技术,所以对机械扩径工艺的研究尚浅，如何系统的掌握扩径工艺，已成为制约我国大型环形件制造技术发展进步的主要技术难点之一。尽管国内材料加工行业也有关于斜块扩孔的应用[6～8]，但是对于分级扩径器的研究