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错距值对筒形件旋压力影响的数值模拟分析

张华，赵捍东，李飞

（中北大学机电工程学院，山西太原）

摘要：本文主要介绍了用金属成形软件Simufact进行错距旋压模拟的方法。文中对不同错距值模拟产生的结果进行了分析，针对旋轮所受压力大小进行了讨论，保证了工件母线直线度精度，提高了产品的合格率。

关键词：错距旋压；软件模拟；母线直线度

Simulation analysis of different stepped data for tube spinning

force effect

ZHANG Hua, ZHAO Han-dong, LI Fei

（North University Of China, College of Mechatronic Engineering, Taiyuan Shanxi）Abstract: This paper describes the use of metal forming software Simufact the different way from the tube stagger spinning simulation. In this paper, different from the value of the simulation produced the results were analyzed for the size of the roller pressures were discussed to ensure the accuracy of the workpiece straightness bus to improve the passing rate of the product.

Key words: Tube stagger spinning; Software simulation; Straightness

1 引言

旋压是成形薄壁空心回转体零件的一种压力加工方法，已在航空、航天、工程机械等领域中应用。错距旋压是将多个旋轮在轴向和径向错开一定距离，把一道工序的压下量分配给数个旋轮承担的旋压成形方法。与一般强力旋压相比，可提高生产效率，提高旋压件的尺寸精度、形状精度和表面质量[1]。用软件模拟错距旋压过程可以清楚地得到所需数据，并有效地预防实际生产中产生的缺陷。

2 软件建模与仿真

本文采用金属成形软件Simufact对错距旋压过程进行了模拟，模拟过程忽略了重力及金属夹杂物的影响因素，忽略旋压过程中由于温度变化对工件的影响。工件材料选用DB.DIN-1.7242-w合金钢。定义旋轮、挡板、主轴为刚体，挡

板与坯料为固连运动。选用六面体网格，网格数划分约为10000个，如图1所示。建立的错距旋压模型如图2所示。

图1 工件网格划分图图2 错距旋压几何模型

各旋轮初始时均与皮料接触，毛坯长度、壁厚、内径分别为0L =50mm ，

0t =10mm ，0D =50mm ；主轴直径m

D =49.95mm ，旋轮直径 D =50mm 。

表1 部分旋压工艺参数

3 筒形件强力旋压旋轮所受力与错距值的关系

用不同的错距值进行模拟时，各旋轮所受压力大小也不同，模拟受力数据如图3所示。

T / sec

图3 模拟过程中旋轮所受力示意图

采集数据的平均值，取6个时间点时旋轮受力，具体情况见图4至图6。

T / sec

旋轮1在XY 平面受力旋轮2在XY 平面受力旋轮3在XY 平面受力

图4 轴向错距值为1mm 时各旋轮受力情况

T/sec

旋轮1在XY 平面受力旋轮2在XY 平面受旋轮3在XY 平面受力

图5 轴向错距值为1.5mm 时各旋轮受力情况

F / K N

T/sec

旋轮1在XY平面受力旋轮2在XY平面受力旋轮3在XY平面受力

图6 轴向错距值为2mm时各旋轮受力情况

表2 各模拟中错距值及旋轮所受最大力

由图4至图6及表2可以看出，随着轴向错距值的增大，各模拟中旋轮所受最大力不断增大。采用3个旋轮错距旋压时，每个旋轮在XY平面会受到X、Y 两个方向的力，在文中已合成为一个力，方向由芯模圆心指向旋轮。正确的轴向错距值，既要保证三个旋轮的负荷均匀，又要保证有正常合理的流动[2]。因此，得到的最佳工艺参数为：旋轮工作角为20°，进给比为0.6mm /r，错距值为2mm 时，各旋轮所受力较平均，母线较直，内账径量较小，旋压成形过程处于较好的稳定状态。

4 结论

本文采用金属成形软件Simufact对强力旋压过程进行了数值模拟，得到了旋压过程中，在给定旋轮工作角，不同错距值下各旋轮所受力的大小和方向，并对产生不同大小力的原因进行了分析，得出了精确的数据，提出了错距旋压过程中消除母线歪曲、椭圆形口的改正方法，得到了较理想的错距值。结论对筒形件的错距旋压工艺参数优化具有一定的指导意义。

[1] 李永华，张宁，檀雯，王忠堂，韩维新.不锈钢筒形件错距旋压过程

的缺陷研究.锻压技术，2009.12

[2] 翟福宝，张质良.筒形件错距旋压三维数值模拟及工艺参数优化研究.上海交通大学.2001

作者简介：张华（1986--），男，硕士生