摘 要：应用有限元DEFORM商业软件，对环件建立轧制过程三维动态仿真模型，对截面为法兰型的环形轧制成形过程进行数值仿真。实验结果显示不同的轧制参数和划分网格，可以缩短软件计算时间，这一过程的模拟准确地展现了汽车法兰轧制成形过程，针对传统成形过程提供了一个新的关于毛坯结构设计和加工工艺的研究途径。
关键词：DEFORM；环形轧制；数值仿真；轧制工艺
环形件辊轧简称环轧，又称环形件扩孔，是在专用辊轧机上将环形毛坯壁厚减薄、使内外径同时增大的一种压力加工工艺。环轧工艺具有加工质量好、生产效率高、生产成本低、材料利用率高等优点，广泛应用于矩形和法兰型等截面的轴承环、齿轮环、法兰环等的生产。环轧的工作原理为：主轧辊是驱动辊，以角速度w沿圆周方向连续旋转，芯辊是加压辊，按规定的速度V向主轧辊方向不断进给，并在与环坯接触面摩擦力的带动下旋转，主轧辊和芯辊之间的环坯在厚度方向受压力并在圆周方向延伸使壁厚减薄、内外直径同时扩大，导向辊通过向坯料施加弯曲力来确保环件的圆度，起定心作用，端面轧辊在轧制过程中限制坯料沿高度方向展宽。利用计算机模拟环件轧制成形过程，优化环扎工艺，在实际生产中具有重要意义。
近年来，以有限元数值模拟为基础对环件轧制过程进行仿真研究得到了许多关注。对于环形轧制存在运动学和力学等复杂研究，文章运用DEFORM软件进行数值模拟，使得计算效率提高。
1 有限元前处理
1.1 环轧仿真模型
根据环扎机实际尺寸建立仿真模型（图1）。
各轧辊在DEFORM中的2D编辑中成型，在模拟的过程中，为了减少计算量，因此假设各个轧辊为刚体，在辗轧过程中不发生任何变形，环件的材料是SUS430不锈钢，采用刚塑性材料本构关系，轧制的温度在500-900℃之间，由于一个环件辗环的时间并不长，大约在1-2min之间，在这段时间内温度变化并不明显，因此可以假设环件在辗环过程中未恒温状态，温度为600℃，具体模具及棒料的几何参数和性能参见表1。
网格划分对于有限元分析的前处理是最重要的工作。对于辗环工艺来说，其变形主要在毛坯的外侧部分，并集中在主辊和芯辊的挤压侧。为了减少计算误差，材料破坏区域的网格越小越好，也越精确，但也有缺陷，如果网格单元数量越多，则在计算过程中网格重划的状态参数传递的时间就越久，因此导致计算机计算的时间变长，并且增加了所需要的存储空间。为了能合理地调整存储空间、计算精度以及计算时间，需要合理划分网格，在变形大的部分，网格尺寸尽量小一些。本实验的毛坯网格形式是六面体网格，3D网格的单元数是137820，节点数是27360。
1.2 环件轧制工艺
（1）主辊与芯辊的进给。主轧辊是驱动辊，以角速度w沿圆周方向连续旋转，芯辊是加压辊，按规定的速度V向主轧辊方向不断进给，并在与环坯接触面摩擦力的带动下旋转，主轧辊与芯辊之间的环坯在厚度方向受压力并在圆周方向延伸使壁厚减薄、内外直径同时扩大，上、下锥辊做自转运动，锥辊之间的距离在开始便设定好，以控制在轧制过程中限制坯料沿高度方向的展宽。
芯辊的进给，并不是匀速进给，因为开始的毛坯变形并不大，芯辊可以采用较快的速度，以加快模拟的速度，随后速度随时间的变化而减小，这是由于随后环件的变形程度越来越大，需要降低进给的速度来保证环件变形的精确，图2是芯辊的速度-时间变曲线图。
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