筒体墩粗时的金属流动规律

相比其它力学领域，塑性力学发展比较缓慢，很多问题不仅不能求解，甚至都不能进行定性分析，对于有些问题不能对其内在的变形规律进行准确描述。对于圆柱体墩粗，很多著作都是求解变形力，刘助柏老师对平板间圆柱体墩粗进行了应力场描述。对于普通平板间的筒体墩粗，大部分学者从实验和模拟的角度表征了摩擦、形状因子与最终变形形状的关系，对应力场的描述未见公开发表，没有从理论方面准确描述其变形规律。本文从刚塑性力学模型入手，对筒体墩粗的应力场进行描述，从应力场角度描述了圆筒墩粗时的变形规律。

基本假设:1)变形过程中子午面始终保持平面状态。2)由于极限接触摩擦，变形体与平板接触端面产生一个45。斜面。3)假设切应力沿变形体高度(Z轴)呈线性分布。4)施加外载荷为静压力。

在研究中认为，圆环在墩粗过程中存在一个半径为Rn的中性面，该面以内的金属向内流动、该面以外的金属向外流动，此时变形会产生
内外双鼓型;若该面不在圆环内则在墩粗过程中产生内孔凹陷，圆环墩粗中性层半径计算公式如式:3-1和3-4。空心钢锭墩粗和圆环墩粗金属流动规律具有很大的相似性。空心钢锭墩粗过程中，考虑到与后续与芯轴拔长和马杠扩孔工序的衔接，我们既不希望空心钢锭内孔产生严重的凹陷也不希望内孔出现鼓形。若内表面产生鼓形则不利于后续拔长或扩孔工序的实施，但可以作为圆环类锻件的终锻工艺，用以增加锻件轴向的锻比;若内表面产生凹陷则同样不利于进行下一步的拔长或扩孔工序的实施，更为严重者会产生内孔折叠，造成锻件报废。图3. 36空心钢锭墩粗过程中的金属流动情况。

筒体墩粗与圆环墩粗有很大的相似性，从公式中不难看出，中性层半径主要受摩擦因子以及高厚比、内外径之比的影响。结合短圆环中性层计算公式以及上述空心钢锭墩粗的数值模拟，我们可以粗略的认为在所研究的空心钢锭尺寸比例下H/t=2是中性层半径的临界值即H/t>2时中性层半径小于内径;H/t<2时中性层半径大于内径。