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空心轴类件的楔横轧过程仿真和缺陷控制的中期报告

1.研究背景

轴类件是化学工业、能源工业、交通运输等工业领域重要的组成部分，在使用过程中对其强度、硬度、韧性、耐磨性等指标提出了更高的要求。而轴类件的制造工艺过程中，参与的传动配件数量多、加工过程复杂，加之轴类件一般以圆柱形为主，为了减少加工成本，通常都会采用空心轴的制造方式。然而空心轴由于其内部空腔、壁厚薄异性等特点，容易在加工过程中产生缺陷，如剪切裂纹、变形变形、未填充、缺口等，而这些缺陷的产生不仅直接影响轴的使用寿命，还会导致安全事故的发生。

为保证轴类件的质量和使用寿命，本项目围绕空心轴的制造工艺过程，研究空心轴类件的楔横轧过程仿真和缺陷控制技术，旨在通过数值仿真和实验研究，揭示空心轴类件楔横轧过程中的成形机理及其缺陷产生机制，为实现轴类件制造质量的持续改进和控制提供技术支持。

2.研究任务

（1）建立空心轴类件的楔横轧过程有限元数值模型，分析成形机理和应力分布规律；

（2）探究楔横轧工艺参数对空心轴类件缺陷产生的影响，构建空心轴类件楔横轧过程缺陷模型；

（3）验证数值模拟结果的准确性，并确定空心轴类件的优化楔横轧加工策略；

（4）实验研究控制空心轴类件楔横轧过程中的缺陷，分析关键参数的影响规律，建立缺陷控制技术体系。

3.研究进展

（1）建立空心轴类件的楔横轧过程有限元数值模型，分析成形机理和应力分布规律。

在建模过程中，采用ABAQUS软件建立了基于UMAT子程序的有限元模型。模型中考虑了空心轴类件的几何形状特点、材料特性以及楔横轧工艺的影响因素等，得到了空心轴类件楔横轧过程中的由变形引起的应力分布规律和成形机理。

（2）探究楔横轧工艺参数对空心轴类件缺陷产生的影响，构建空心轴类件楔横轧过程缺陷模型。

通过有限元数值模拟，分析了楔横轧工艺参数（如楔角、圆角半径、轧制次数等）对空心轴类件缺陷产生的影响，并构建了缺陷模型。结果表明，楔角、圆角半径和轧制次数等工艺参数会明显影响空心轴类件缺陷的产生。

（3）验证数值模拟结果的准确性，并确定空心轴类件的优化楔横轧加工策略。

在验证模拟结果的过程中，考虑了原始轴材料的母材性质、金属塑性流动理论和非线性材料本构模型等因素，通过实验测量和模拟结果对比分析，验证了模型的可靠性。同时，为了确定轴类件的优化加工策略，根据模型分析结果，提出了合理的加工工艺参数和控制方案。

（4）实验研究控制空心轴类件楔横轧过程中的缺陷，分析关键参数的影响规律，建立缺陷控制技术体系。

在实验研究工作中，我们采用了钢质空心轴为试验对象，通过控制加工参数及其组合方式，成功控制了空心轴类件楔横轧过程中的缺陷，获得了一系列实验数据。对实验结果进行统计分析，得出不同工艺参数对缺陷控制的效果，建立了基于工艺参数的空心轴类件楔横轧过程缺陷控制技术体系。

4.下一步工作

（1）基于数值模型和实验数据，探究楔横轧工艺参数对空心轴类件力学性能的影响，并建立相关模型；

（2）探究轴类件楔横轧过程中热应力效应对缺陷产生的影响，并优化工艺参数；

（3）进一步完善空心轴类件楔横轧过程缺陷控制技术体系，确定可操作性强且成本较低的控制方案。