輥鍛是由軋制工藝應(yīng)用到鍛造生產(chǎn)中的一種鍛造工藝方法，是縱軋工藝的一種新的應(yīng)用。鍛造中的成形是間斷性的，而輥鍛成形是連續(xù)性的，其成形工藝在金屬塑性成形中具有生產(chǎn)率高，工藝適應(yīng)性強(qiáng)和投資小等特點(diǎn)。本文揭示鈦合金棒坯的變形規(guī)律，分析輥鍛三維變形過程中材料的流動(dòng)速度場、應(yīng)力應(yīng)變場的特征及其動(dòng)態(tài)演化過程，為進(jìn)一步研究輥鍛成形提供數(shù)值分析依據(jù)。

　　首先解決的是鈦合金棒料的進(jìn)入，當(dāng)鈦合金棒料被模鍛上下模咬入才能進(jìn)行下一步加工。工業(yè)生產(chǎn)中常采用以下兩種咬入方式：頂頭自然咬入和中間咬入。頂頭自然咬入的過程中，鈦合金棒料與輥鍛上下模的摩擦力是咬入的主動(dòng)力，因此設(shè)法提高摩擦系數(shù)和減少咬入角可以提高成形率[2]。增加模鍛上下模的粗糙程度可以有效提高摩擦系數(shù)，而通過減少棒料的壓下量就可以減少咬入角。如果無法有效增加摩擦系數(shù)，可以采用模鍛的突出部直接壓入棒料，而這種方法叫做中間咬入，并且可以更靈活的設(shè)置咬入角。為了使磨具簡化，就必須合理的增加每道次的壓下量，從而減少輥鍛的道次。生產(chǎn)實(shí)踐表明，頂部咬入適用于咬入角小于250°，而中間咬入可以適當(dāng)增加70°?120°。成形過程中，每時(shí)刻流出與流入成形區(qū)域的棒料的體積是相等的，然而成形區(qū)的棒料厚度是不斷變化的，因此棒料沿成形方向上運(yùn)動(dòng)速率也是變化的，并且輥鍛的線速度小于在成形區(qū)出口棒料的速度，這一現(xiàn)象稱為前滑。

　　在一般情況下，型槽的類型有：橢圓-方形，橢圓-圓，菱形-方形，六角-方形和矩形型槽等[5]。因此選擇輥鍛型槽系主要考慮幾個(gè)方面：首先利用模鍛上下模的幾何形狀來粗略設(shè)計(jì)毛皮的幾何形狀，這樣大大降低了設(shè)計(jì)輥鍛磨具的難度；其次是確定延伸系數(shù)，從而選擇是單道次輥鍛成形還是多道次成形；最后，如果確定是多道次，就需要完成一道次成形進(jìn)入下一道次將坯料翻轉(zhuǎn)90?；?5。綜上在本次模擬中，采取了圓-橢圓-圓的輥鍛型槽。

　　有限元模型的建立與工藝參數(shù)設(shè)定

　　首先利用Solidworks三維軟件建立輥鍛和鈦合金管模型[7]，并在軟件中裝配，其中鈦合金鈦棒料直徑為40mm，輥鍛機(jī)的直徑為460mm，輥鍛上下模的轉(zhuǎn)速為65r/min，棒料的溫度設(shè)置為970°C。原始坯料共劃分成2000個(gè)網(wǎng)格。輥鍛模具采用剛體模型，材料采用美國牌號模具鋼ANSI-H-13，預(yù)熱溫度為300C，上模劃為25000個(gè)網(wǎng)格，下模也劃為25000個(gè)網(wǎng)格。輥鍛件與模具的摩擦是剪應(yīng)力摩擦，取摩擦系數(shù)f=0.7。輥鍛機(jī)鍛輥旋轉(zhuǎn)速度為24r/mm，為了模擬實(shí)際操作中的機(jī)械手，在模擬中，工件的前端在模擬開始時(shí)，上下方向上被固定。設(shè)置模擬步數(shù)為400步，設(shè)置存儲(chǔ)量為10，設(shè)置時(shí)間增量為0.01。