作者：张毅
环件轧制不仅具有异步轧制、多道次轧制、连续局部变形的性质，而且具有高度的几何非线性和物理非线性。在环件径轴向热轧过程中，芯辊直径对环件成形品质起着重要的作用。改变开轧温度，就会使变形量及轧制压力发生改变，从而改变变形区的形状与尺寸，最终改变环件的应变分布和温度分布，这对于环件轧制过程中的微观组织演变和成形环件的质量及力学性能有重要的影响。国内外学者对环件轧制工艺进行了大量的研究，如建立了二维的弹塑性热力耦合有限元模型，模拟分析了环件轧制过程；揭示了芯辊直径对环件热轧应变、温度、微观组织演变及其不均匀程度的影响规律；分析了环件成形过程中芯辊直径对轧制力、轧制力矩以及变形场的影响。以上研究主要集中于钛合金、铝合金和钢等，有关镁合金环件轧制报道很少。本课题利用ABAQUS/Explicit平台建立了环件径轴向轧制的热力耦合模型，分析了芯辊直径对A231镁合金环件热轧时成形环件的应变、温度分布以及轧制性能参数的影响。
1 模型建立
利用ABAQUS/Explicit平台建立了环件径轴向轧制的热力耦合有限元模型，在环件轧制中驱动辊、芯辊、导向辊和上下锥辊的变形相对于环件的变形很小，因此将驱动辊、芯辊和导向辊设置成刚性体，环件设置成可变形体。将环件均匀划分为4 410个网格，为防止网格畸变，采用网格重划分模式（见图1），毛坯材料采用A231镁合金，密度为1 780 kg／m3，泊松比为0. 35，热膨胀系数为2.6X l0-5。K-1，比热容、热导率、弹性模量等随温度的变化见文献。为了研究开芯辊尺寸对环件轧制的影响，选择芯辊直径为200、300、400、500 mm，其他工艺参数见表1。
成形环件应变与温度分布不均匀性采用等效应变标准差(SDP)与温度标准差(SDT)来评定，SDP与SDT值越大，表示环件应变与温度分布越不均匀，则越容易存在内部缺陷。SDP与Sm的定义如下：
式中，PEEQ为等效应变；PEEQi为节点i的等效应变；PEEQa为所有节点等效应变的平均值；N为节点总数；N T11为节点温度；NT11i为节点i的温度；NT11a为所有节点温度的平均值。
2 模拟结果与分析
2.1 芯辊尺寸对等效应变和温度的影响
图2为芯辊直径对环件等效应变与温度分布均匀性的影响。可以看出，当芯辊直径逐渐增大时，SDP和SDT均逐渐减小。这说明，当芯辊直径逐渐增大时，成形环件的等效应变与温度分布愈来愈均匀。
图3和图4为芯辊直径对环件等效应变分布情况的影响。可以看出，当芯辊直径逐渐增大时，环件的等效应变逐渐减小，沿径向方向，从外表面到心部逐渐增大．从心部到外表面逐渐减小；沿轴向方向，外表面的等效应变减小值大于心部的减小值，所以成形环件的应变分布愈来愈均匀。这是因为：首先，当芯辊直径逐渐增大时，驱动辊进给量与芯辊进给量的比值逐渐增大，使环件的主要变形区逐渐从内表面转移到外表面；其次，当芯辊直径逐渐增大时，驱动辊与芯辊的直径之比逐渐减小，也就是异径比逐渐减小，辊缝之间的剪切变形随之减小。
图5和图6为芯辊直径对环件温度分布情况的影响。可以看出．当芯辊直径逐渐增大时，环件的最大温度逐渐降低，而最小温度变化较小；沿径向方向，内表面的温降大于外表面的温降；沿轴向方向，环件温降比较均匀，所以成形环件的温度分布愈来愈均匀。这主要是因为当芯辊直径逐渐增大时，芯辊与环件的接触面积增大，环件与芯辊之间的接触热损失增加，导致环件温度下降。
2.2芯辊尺寸对轧制性能参数的影响
图7和图8为芯辊直径对轧制力与轧制力矩的影响。可以看出，当芯辊直径逐渐增大时，轧制力和径向轧制力矩逐渐增大，而轴向的轧制力矩变化较小。这是因为，芯辊与环件之间的接触面积逐渐增大，阻碍了金属的流动；同时，环件与芯辊之间的接触热损失增加使环件温度下降，导致金属的变形抗力增大。
3 结 论
(1)随着芯辊直径的增加，等效应变和温度分布愈来愈均匀。
(2)随着芯辊直径的增加，轧制力和径向轧制力矩逐渐增大，而轴向的轧制力矩变化较小。 4摘要
基于ABAQUS/Explicit平台建立了A231镁合金环件径轴向热轧的三维弹塑性热力耦合有限元模型，分析了芯辊直径对成形环件的应变和温度分布不均匀性以及轧制性能的影响。结果表明，随着芯辊直径的增加，成形环件的等效应变和温度分布越来越均匀；同时轧制力和径向轧制力矩逐渐增大，轴向轧制力矩逐渐减小。
