空心轴类零件柔性轧挤复合成形机理的模拟及实验研究

空心轴类零件在汽车、机械等领域有着广泛的应用，常规的生产方法是采用厚壁管材经机械加工或塑性成形的方法来生产，由于产品规格多批量小等，采用管材成本高，且现有成形方法存在着各种不足。轧挤复合工艺即利用回转成形变形力小、成形效率高和挤压成形精度高等塑性成形的方法，用棒材直接成形复杂管类零件，具有成本低、高柔性等突出优势。本项目采用理论分析、数值模拟和试验的方法，研究金属毛坯在轧轮和冲头的联合作用下，金属材料塑性变形时的流动规律，轧轮运动参数、冲头运动参数和材料变形、壁厚变化间的规律，分析各种缺陷产生的机理并提出预防措施，制作试验装置，完成轧挤试验，进行力能参数测试，并得到满足要求的实际样件，提出成形设备的各种技术参数。目前国内尚未见相关的理论和试验研究，本项研究成果将为工业生产中的各种变壁厚管形件的精密生产提供一种先进高效低成本的生产新工艺，丰富塑性成形理论。

空心轴类零件在汽车、机械等领域有着广泛的应用，常规的生产方法是采用厚壁管材经机械加工或塑性成形的方法来生产，由于产品规格多批量小等，采用管材成本高，且现有成形方法存在着各种不足。轧挤复合工艺即利用成形变形力小、成形效率高的回转轧制和成形精度高的挤压复合塑性成形新方法，用棒材直接成形复杂管类零件，具有成本低、高柔性等突出优势。本项目采用理论分析、数值模拟和试验的方法，研究了金属毛坯在轧轮和冲头的联合作用下，金属材料塑性变形时的流动规律，轧轮运动参数、顶头运动参数和材料变形、壁厚变化间的规律；建立了有限元计算模型，得到了稳定变形状态下的变形区应力应变状态；分析得到了轧件的旋转条件；通过理论分析计算得到了顶头的受力状态及轴向力计算公式；采用有限元数值模拟方法，计算分析了变形参数与轧制力间的定量关系；分析各种缺陷产生的机理并提出预防措施，重点分析了材料内部损伤及开裂机制，提出利用材料内部损伤来改善顶头受力状态，从而提高顶头使用寿命；设计制作了试验装置，完成轧挤试验，并得到实际样件，提出成形设备的各种技术参数。研究成果申报国家发明专利一项，发表学术论文多篇，培养硕士研究生3名。本项目研究成果形成了较为系统完整的空心轴类零件的轧挤成形工艺的基础理论，对于丰富塑性成形理论具有重要的学术价值，将为工业生产中的各种变壁厚管形件的精密生产提供一种可供选择的先进高效低成本的生产新工艺。