Effect of process parameters on average grain size and microscopic uniformity of the three-roll skew rolling forming of the railway hollow shaft

Efecto de los parámetros del proceso sobre el tamaño medio del grano y la uniformidad microscópica del laminado oblicuo de tres rodillos del eje hueco de ferrocarril

El tamaño medio del grano y la uniformidad de la microestructura son los factores clave que determinan las propiedades mecánicas del eje hueco. Con el fin de obtener una microestructura fina y uniforme, se estableció un modelo de elementos finitos de eje hueco de laminación sesgada de tres rodillos para el acoplamiento de calor, fuerza y microestructura. Se analizó la influencia de los parámetros del proceso en el tamaño medio del grano y la uniformidad de la microestructura del producto laminado utilizando el método de investigación de un solo factor. Los resultados muestran que el tamaño de grano es notablemente refinado y la distribución es relativamente uniforme. La temperatura óptima de laminación es de 1 050 °C; el ángulo óptimo de avance es de 9 °; la velocidad óptima de rotación del rodillo es de 90 rad/min.

INTRODUCCIÓN

Como método de producción de ejes huecos propuesto recientemente, el laminado oblicuo de tres rodillos tiene las ventajas de una alta eficiencia de producción y un bajo coste [1]. Xu Chang et al. estudiaron la influencia de los parámetros del proceso en los parámetros de fuerza del laminado oblicuo de tres rodillos, y basándose en el estudio de la distribución de tensiones y deformaciones, analizaron el mecanismo y la ley de la deformación del proceso [2]. Durante el funcionamiento, estará sometido a cargas de fatiga, diversos entornos complicados y otros daños accidentales [3]. Muchos de estos daños son causados por la irrazonable microestructura interna de las piezas laminadas. Por lo tanto, además de cumplir los requisitos básicos de tamaño y forma, el eje hueco ferroviario debe prestar atención a la microestructura interna de las piezas laminadas, y su microestructura razonable mejorará en gran medida la seguridad y la vida útil del eje.

ESTABLECIMIENTO DEL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS

Para reducir el tiempo de simulación, se utilizó un eje a escala 1:5 para la simulación. Se construyó un modelo tridimensional de elementos finitos utilizando el software pro/E y se importó al software Simufact14.0.

El material de las piezas laminadas se seleccionó como 43CrMo4, y se utilizó el modelo de microestructura MATILDA, asumiendo un tamaño de grano inicial de 150 μm [4-5]. La malla en blanco se divide por una malla libre hexaédrica con un tamaño de celda g rid de 3,3 mm y el número de malla inicial es de 23 444. Además, la malla se refina en la pieza con una gran reducción radial, y el tamaño de malla se establece en 1/8 de la normal.