非对称轴类件及其无料头楔横轧近净成形理论研究

用现代数值技术和轧制实验等方法进行非对称轴类零件及其无料头楔横轧近净成形理论研究：分析楔横轧成形非对称轴类零件轴向力、径向力和切向力以及轧制力矩在轧制过程中的变化规律，力能参数与成形工艺参数和轧制工艺参数的影响规律，阐明轴向平衡与工艺参数的理论关系；研究楔横轧近净成形非对称轴类零件各阶段应力、应变和位移场的分布与变化规律、非对称轧制作用区域轧件内部组织晶粒大小和分布规律，获得晶粒大小和分布与工艺参数的定量关系；研究零件端部轧制凹心产生机理和变化规律、挡楔的位置和形状与被轧零件端部质量的关系，建立实现非对称件无料头轧制的设计理论；研究非对称轴类件楔横轧成形内部变形均匀性、组织均匀性和无料头轧制的最优参数确定原则。完成上述基础研究，建立非对称轴类件及其无料头楔横轧近净成形理论，实现非对称轴类零件楔横轧近净成形高效化、节能化生产，发展楔横轧先进成形学科理论。

针对端部需要轧制的非对称轴类零件，现有楔横轧技术存在材料利用率低于85%、轧制轴向平衡难以控制等诸多关键科学问题，采用用现代数值技术和轧制实验等方法，分析由于轴向不平衡导致的轴向窜动与轧件成形质量关系，阐明不平衡轧制时轴向窜动量与工艺参数之间的影响关系，综合工艺参数对轴向窜动量的影响主次，理论上给出保证轴向平衡的工艺参数确定原则，首次提出采用平楔可以有效抑制轴向窜动保证轧制稳定方法；分析非对对称轧制中工艺参数对轴向力和切向力的影响关系，采用均匀设计法回归出同位起楔楔横轧非对称轧制过程的轴向力公式，得到了工艺参数及其交互项对轴向力的影响主次；预测楔横轧非对称轴类件心部缺陷位置，给出轧制变形过程中工艺参数与内部缺陷产生趋势影响关系，分析楔横轧非对称轴类零件各部分应力、应变和位移场的分布和变化规律，阐明楔横轧非对称轴类零件变形机理；利用非线性有限元建立了变形-传热-微观组织相互耦合的刚塑性有限元模型，分析楔横轧非对称轴类件成形过程中的动态再结晶体积分数和平均晶粒尺寸的变化，得出了楔横轧非对称轴类件的动态再结晶运动路线及晶粒尺寸分布规律，改善了对称轧制时台阶与成形区之间的组织不均匀性问题，使得轧件的组织整体均匀性更好；研究零件端部轧制凹心产生机理和变化规律、基于挡楔控制对轴类件端部质量的影响、改变坯料端部形状对轴类件端部质量的影响并进行试验验证，提出了一种挤压式楔横轧的无料头轧制成形新思路，研究挤压式楔横轧技术对轴类件端部质量的影响并进行实验验证，研究结果表明，以上几种方法均可以有效控制轧件端部凹心，提高楔横轧工艺材料利用率；针对油泵轴零件开发了一套油泵轴无料头轧制模具，在H630楔横轧机上进行了轧制实验及轧制后成品的金相实验，结果在保证产品性能条件下，油泵轴料头体积减小75%，成材率提高到95%以上；为了实现大型非对称铁路车轴的楔横轧高效成形，设计完成铁路车轴可更换辊式的自位型辊式楔横轧机。以上项目研究申请国家发明专利9项，目前已授权专利4项。.本项目研究成果对于实现非对称轴类零件楔横轧近净成形高效化、节能化生产，扩大楔横轧应用范围，发展楔横轧先进成形学科理论，具有重要的理论意义和工程价值。