案例征集作品集-辗环扩孔

1.1产品背景

     辗环扩孔（Rotary Swaging with Radial Expansion）工艺始于上世纪六七十年代，最早应用于航空航天领域中高性能合金零件的近净成型。其核心原理是利用高速往复式或旋转式辗杆对坯料进行周期性径向冲击，使金属材料在受控变形过程中产生显著的应变强化和组织细化效果。随着精密制造和绿色制造理念的兴起，辗环工艺凭借成形精度高、材料利用率高、节能环保及设备占地少等优势，逐渐在汽车传动轴、精密阀体专用件、医疗用不锈钢“骨钉骨螺钉”及电子散热管件领域得到广泛应用。

    本案中所选对象为某发动机上的圆环零件，进行矩形辗扩过程，实现一次成形并保证零件屈服强度及疲劳强度满足严苛可靠性要求。该零件外径约Φ72mm，内孔直径Φ54 mm，壁厚9 mm。辗环扩孔工艺通过在近净坯料的基础上，通过多道径向辗压—扩孔循环，既能实现精准的内孔和外形尺寸，又能够获得沿壁厚方向的梯度强化组织，提高零件整体力学性能的一致性。

1.2成型目标

    成型目标主要为扩径，并确保零件壁厚均匀分布；得沿周向和径向的优良组织细化效果，达到基本扩径目标。

1.3成型挑战

  （1）材料流动失稳：在辗环冲击过程中，坯料受到周期性径向冲击，若压力分布不均或模具角度设置不当，易出现材料局部颈缩、剪切断裂。
  （2）有限元辗扩启动问题：在进行矩形辗扩时，需要注意由于初始切向相切接触产生的接触力极大导致接触刚度矩阵异常，现阶段大多数策略通过调整初始增量来获取刚开始的运动完整，但因此也会增加模拟时间，并且不能很好的解决接触刚度矩阵可能出现的奇异问题。

    基于此，本案例基于团队轧制成型经验，提出预压-辗扩的成型过程，以静力学隐式为模拟方法进行矩形辗扩的实验过程，并与锻造-辗环业内广泛使用且精度较高的simufact -forming、deform进行模拟效果对比。