本文以 D150系列軋輥為例,確定 β1與 β2的取值范圍分別為:2°～6°、10°～50°,在 SolidWorks環境下建立 25組軋輥三維實體模型。然后利用 SolidWorks的有限元插件 COSMOS對軋輥進行了有限元分析,軋輥有限元分析過程如下:
    
    (1)添加材料屬性。軋輥材料為 Cr12,是各向同性線性彈性材料,彈性模量為 206GPa,泊松比為 0.3,質量密度為 7.8×103kg/m3。
   
    (2)載荷及邊界條件處理。通過對外螺紋斜軋機軋制過程分析,可知軋輥所受工作載荷主要是迫使軋件變形產生的壓力。根據普蘭德法計算公式,軋輥接觸面上壓力 p為 1210MPa。
   
    (3)網格劃分。
   
    (4)執行運算處理。
   
    3 有限元結果分析
   
    圖 3為軋輥有限元分析的應力云圖。通過對 25組軋輥進行分析,得出軋輥工作時的最大應力,見表 1。為了更加直觀地反映最大應力分布規律,采用 M文件方式,在 Matlab中將計算結果以圖形的方式顯示,見圖 4。
   

    最大應力的 M 文件為:
   

    4結論
   
    (1)利用 olidWorks的有限元插件 CO MO 對螺旋孔型斜軋問題進行了數值模擬計算,獲得了用常規方法難以得到的軋輥在軋件成型過程中應力分布情況。
   
    (2)通過對軋輥有限元結果分析,可知軋件成形角 β1與牙形斜角 β2的取值對軋輥所受最大應力的影響規律:隨著 β1與 β2取值的不斷變化,軋輥所受最大應力和應變的波動比較大;β1與 β2的取值對應力和應變的最大值均有影響,而且這種影響為一組合影響。
   
    (3)為了使軋輥所受的應力應變值盡量小,對軋件成形角 β1與牙形斜角 β2的取值應該采用以下原則:在取值范圍內,當軋件成形角 β1取較小值時,牙形斜角 β2應取較大值;當軋件成形角 β1取較大值時,牙形斜角 β2應取較小值;應盡量避免 β1與 β2同時取較大值。