不同摩擦因子对扭转镦粗的影响

在传统的平砧镦粗工艺中，工件跟模具之间的摩擦往往会导致工件成形后产生鼓形，并且工件内部的应力分布也会变的不均匀。但是在本文介绍的扭转镦粗工艺中，由于存在剪切应力，所以摩擦条件是十分重要的影响因素，对整个成形过程起着有益的作用，因此对于摩擦因子的研究十分必要[34]。钢锭初始温度为 1200℃，直径为200mm，高为 150mm，高径比为 0.75，下压速度为 10mm/s，下压量均为 40%，扭转角度为 60°。不同摩擦因子对 30Cr2Ni4MoV 钢锭扭转镦粗的影响分析如下：

从图 3.13 不同摩擦因子的等效应变图可以看出，在其他条件相同的情况下，摩擦因子越小，大变形区域越大，难变形区域相应越小，并且等效应变的最大最小差值越小，变形更加均匀。但是也并非是摩擦因子一直减小就好，因为一随着摩擦因子的减小，最大等效应变值也在减小；二要考虑实际生产中热锻情况的摩擦因素；三是需要考虑扭转时所需的剪切应力，如果摩擦因子过于小则不能达到所需的剪切应力，从而使工件和模具产生相对滑动。

分析下压载荷行程曲线图 3.14，我们发现摩擦因子的改变对扭转镦粗工艺的下压载荷影响并不十分明显，但是也可以看到随着摩擦因子的减小，下压载荷是在增大的。这是因为摩擦因子越大，那么剪切应力相应就越大，工件受到剪切应力的作用更易变形，从而降低了下压载荷，但减少的数值较小。

在扭转镦粗后的工件外表面轴向取 5 个点如图 3.15，分析相应的 5 点应变曲线图3.16 可以看出，扭转镦粗过程中，上、下表面的应变明显大于中间区域。这说明扭转镦粗对工件的上、下表面的影响要大于中间部分。

在扭转镦粗后的工件上面轴向取 3 个点如图 3.17，分析相应的 3 点应变曲线图 3.18可以看出，工件上表面的应变从中心沿着半径逐渐增大，说明扭转镦粗对工件的影响越靠近边缘越显著。这是由于在同一横截面上，剪切应力与点到圆心的距离成正比，公式如下：

 式中：T 为扭矩；Ip为圆截面对形心的极惯性矩；p为点到圆心的距离。