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外方内圆型锻件环轧工艺研究

更新时间:2021-05-10 17:16:09

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    外方内圆型锻件是石化、行业某类压力容器中的重要零件 ,处于高温高压强腐蚀的工作环境中 ,随着压力容器设计要求的不断提高 ,对外方内圆型零件的综合性能提出了更高的要求 。长期以来 ,对于该锻件一直采用锻造成大余量的环形零件 , 然后通过机械加工的方法进行生产制造 ,这种方法不仅材料浪费极大 ,加工时较长 ,而且造成了锻件金属流线被切断 ,零件内外相对较致密的区域被加工掉 ,造成锻件的综合力学性能降低 ,使用寿命减短等问题 ,生产效率极低 ,难以满足压力容 器的设计要求和工程进度要求 。为了解决现有工艺方法存在的外方内圆锻件不足 ,山西永鑫生重工有经验的老匠人提出一种全新的工艺思路 ,通过锻压机出坯 ,然后 借助模具 ,利用辗环机进行轧制 ,从而实现该零件金属随产品形状分布 ,减少机械加工余量 ,提高产品质量 ,减少机械加工工时 ,提高生产效率 。
   由于锻件形状为外方内圆 ,要实现在辗环机上旋转 ,必须使坯料与主辊和芯辊接触部分为圆形。
1 建模
   根据模具设计和坯料制定出的具体尺寸 ,对模具和坯料进行实体建模 。首先在SolidWorks2011中建立坯料和模具的三维图形并事先完成坯料和模具之间的装配 ,然后将图形保存为stl格式文件 ,最终导入DEFORM 3D。由于轧制过程时间较短 ,因此本文简化建模模型 ,不考虑坯料和环境 、坯料和模具之间的热交换 。
2 DEFORM 3D参数设置 
2.1 网格戈U分合理的网格划分可以提高求解的精度并有效的降低运算量 ,网格大小的选择以保证精度 、尽量降低运算量为原则 。基于此 ,选择 1/4模型进行网格 划分和模拟运算 ,使用系统自动划分网格功能 ,将坯料划分为25000个网格 
2.2 材料属性DEFORM3D有较完整的材料数据库 ,根据工厂实际生产经验 , 选择与该零件材料性能和流动性接近的316L不锈钢作为坯料的材料 ,温度设置为 1150℃ ,模具设置为不产生形变的刚体 。
2.3 对象问的关系摩擦方式设置为剪摩擦 ,取摩擦系数为0.7,模具同坯料之间的容差设置为0.0001。
2.4 控制的设置模拟过程中,模拟计算步长的设置是很关键的 ,DEFORM3D规定了两种计算步长的方式 ,分别由时间和模具行程来决定 。根据产品的变形特性 ,本文 采用模具行程来控制 。完成建模后 ,生成数据库文件 ,退出前处理模块 ,进行模拟计算 。从第一次模拟结果看 ,坯料的流动性和模具的充填性比较好,但是过程中存在模具和坯料旋转不平稳的现象 ,尤其是当旋转至四角位置时 ,会出现比较大的抖动 ,从最终的模拟结果来看 ,四角存在局部凹坑的现象 。经过分析 ,认为这与 轧制速度和芯辊直径的大小存在关系 ,因此 ,增大轧制速度 ,同时在芯辊上增加模套 ,增大芯辊直径进行第二次模拟 ,从最终模拟结果来看,比较有效的解决了第 一次模拟过程中存在的问题 。
   由于轧制成形过程的计算机模拟是在理想状态下进行的 ,坯料和模具之间的摩擦系数 、高温下的材料特性和实际情况有一定的差异 ,所以计算机模拟并不能完全取 代工程试验验证 ,只有通过工程试验验证才能说明模拟结果是否可靠 ,并根据工程试验来修正工艺参数 ,达到指导产品生产的目的 。 按照计算机模拟结果 ,制定出模具尺寸和坯料尺寸 ,在公司5000t液压机上进行出坯 ,然后在数控辗环机上进行辗轧制 。经检验发现 ,试验件存在一些小的缺陷 ,高度上轧制出了飞边 ,导致锻件出模存在困难 ,同时锻件四角缺少材料 ,由于缺料情况并不严重 ,致使在进行数值模拟时没有表现出来 ,由于轧制参数控制的不好 ,导致试验件轧制出飞边 。

     根据计算机模拟和工程试验的结果 ,修正了模具倒角和轧制速度参数 ,然后又进行一件生产 ,经检查 ,尺寸满足要求 ,随后进行了性能分析和探伤检查 ,结果满足要求 ,由此定型工艺 ,开始批量化生产6结论 (1)通过利用DEFORM3D软件进行数值模拟,大大减少了工程试验的周期 ,大大提高了工程试验成功的可能性 ,对生产实际起到了比较重要的指导作用 ,同时也节省了生产成本 ,但不能完全取代工程试验的验证。(2)利用辗环机环轧的原理 ,辅助工装模具 ,实现了方形件的环轧工艺 ,对锻件的生产是一种全新的工艺思路 ,大大提高了产品的质量 ,提高了生产效率 ,降低了生产成本 。


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