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环轧

无缝环件的成形工艺

环轧

环轧

——————————————无缝环件的成形工艺——————————————

环轧——无缝环件的成形工艺

环轧一种用于生产无缝环件的工艺类型,其一般采用头环或穿孔环作为坯料,通过碾环机进行加工。在环轧工艺过程中,旋转模具(辊子)的数量一般有两个或两个以上。当进行环件环轧时,环件壁厚进一步减小,由于体积不变,环直径不断增大。由于环轧工艺能够生产直径10厘米到10米不等,热环轧工艺应用普遍,但随着工艺的进步,从20世纪80年代开始,冷环轧工艺也越发普遍,比如滚子轴承或齿轮环等,都是产自冷环轧工艺。

     

环件轧制工艺阶段通常由镦粗开始(source,Bruck)

————————————————环轧应用领域————————————————

典型环轧产品

常见的环轧产品有轴承、涡轮盘、齿轮胚,轨道交通行业的实心轮及轮盘,汽车制造业的齿轮轴、驱动轴,建筑行业里的法兰件,海洋行业内的涡轮机法兰等等。

环轧加工火车车轮 (Source: Schuler)

目标行业

环轧主要目标行业有:

→汽车制造业

轨道交通

航空航天

机械及建筑行业

海上风电行业

各种滚环

————————————————发展趋势————————————————

环轧发展趋势

目前环轧工艺正朝向更为复杂的几何部件和更为宽阔的产品范围发展。高性能材料的投入使用也为环轧工艺带来新的挑战,传统环轧所积累的经验已不足以满足现状。而仿真可帮助工程师们进行环轧工艺过程仿真,帮助避免因加工缺陷而导致的物料浪费。因此,通过仿真方式得到优秀的环轧工艺越发重要。

         

                                                     差动齿轮的链轮(实物)                                             差动齿轮的链轮(仿真)

环轧三维仿真

鉴于环轧件的整体成形特点,二维仿真无法满足其特点,需对环轧工艺进行三维仿真。同事,当采用高性能材质外加环件温度梯度变化时,极大影响了材料最终成型后的性能,仿真变的尤为困难,这对仿真软件的能力也提出了非常高的要求。在使用Simufact进行仿真时,还需要依赖真实材料的弹塑性数据进行建模,才能保证仿真精度。为了提高仿真过程中材料流动的精度,还需要考虑工件与辊子之间的摩擦关系,这又涉及到轧辊架的挠度等等。因此,一次精确的仿真需要考虑非常多因素的影响。

————————————————环轧工艺面临的挑战————————————————

大型钢锭镦粗(source:Bruck)

在环轧工艺设计阶段,必须要对轧制前坯料的几何形状进行有效的预测,同时需要对轧制过程各个辊组的进给速度进行合理的预测,使之能够尽可能达到目标形状。特种环轧时,在保证轧件直径和厚度的同时,还要获得完整,无折叠的填充轮廓。此外,当使用钛合金等特殊材质进行环轧工艺加工时,对成形温度的把控尤为需要注意。

总而言之,环轧需求无非如下:

达到需求的几何精度

尽可能减少材料成本

在合适的加工温度下进行成形

避免轧制误差,如径向跳动、折叠、裂纹等等。

尽可能避免轧制的不稳定现象

保证环轧轧机的载荷适用

常见的环轧问题

轧制过程中产生飞边


环轧过程出现折叠



折叠现象与试验值对比


滚动出错:网格畸变

以上所有环轧错误都可在Simufact Forming进行仿真预测

———————————Simufact Forming 环轧解决方案——————————————

Simufact Forming 环轧模块

无论是辗环,碾扩,轴向环轧,还是异形环轧等,Simufact Forming都可对其进行仿真。Forming支持冷、热轧工艺,并在模块中内置了运动学定义器,方便用户对所需环轧工艺进行快速定义。

Simufact Forming 环轧仿真优势

→缩短工艺开发时间,从而缩短上市周期;

全流程可视化建模

较高的工艺稳定性和质量

目标工件特征预测

提高设备利用率

扩大产品范围

工艺阶段的优化分析

工艺过程中的缺陷预测。


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