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在傳統的平砧鐓粗工藝中,工件跟模具之間的摩擦往往會導致工件成形后產生鼓形,并且工件內部的應力分布也會變的不均勻。但是在本文介紹的扭轉鐓粗工藝中,由于存在剪切應力,所以摩擦條件是十分重要的影響因素,對整個成形過程起著有益的作用,因此對于摩擦因子的研究十分必要[34]。鋼錠初始溫度為 1200℃,直徑為200mm,高為 150mm,高徑比為 0.75,下壓速度為 10mm/s,下壓量均為 40%,扭轉角度為 60°。不同摩擦因子對 30Cr2Ni4MoV 鋼錠扭轉鐓粗的影響分析如下:
從圖 3.13 不同摩擦因子的等效應變圖可以看出,在其他條件相同的情況下,摩擦因子越小,大變形區域越大,難變形區域相應越小,并且等效應變的最大最小差值越小,變形更加均勻。但是也并非是摩擦因子一直減小就好,因為一隨著摩擦因子的減小,最大等效應變值也在減小;二要考慮實際生產中熱鍛情況的摩擦因素;三是需要考慮扭轉時所需的剪切應力,如果摩擦因子過于小則不能達到所需的剪切應力,從而使工件和模具產生相對滑動。
分析下壓載荷行程曲線圖 3.14,我們發現摩擦因子的改變對扭轉鐓粗工藝的下壓載荷影響并不十分明顯,但是也可以看到隨著摩擦因子的減小,下壓載荷是在增大的。這是因為摩擦因子越大,那么剪切應力相應就越大,工件受到剪切應力的作用更易變形,從而降低了下壓載荷,但減少的數值較小。
在扭轉鐓粗后的工件外表面軸向取 5 個點如圖 3.15,分析相應的 5 點應變曲線圖3.16 可以看出,扭轉鐓粗過程中,上、下表面的應變明顯大于中間區域。這說明扭轉鐓粗對工件的上、下表面的影響要大于中間部分。
在扭轉鐓粗后的工件上面軸向取 3 個點如圖 3.17,分析相應的 3 點應變曲線圖 3.18可以看出,工件上表面的應變從中心沿著半徑逐漸增大,說明扭轉鐓粗對工件的影響越靠近邊緣越顯著。這是由于在同一橫截面上,剪切應力與點到圓心的距離成正比,公式如下:
式中:T 為扭矩;Ip為圓截面對形心的極慣性矩;p為點到圓心的距離。