多锥辊摆辗是一种在传统摆辗的基础上形成的一种新技术，此工艺主要是将传统摆辗的锥辊数量提高，使其在成形过程中锥辊的体积更小，以便于成形直径厚度比大的盘类零件。以5 个锥辊多摆辗做成形分析，如图1 所示，左侧有3 个锥辊，右侧有2 个锥辊，底部圆盘在过程中进行旋转，带动锥辊进行被动旋转。成形中，锥辊上部支撑横梁在机构作用下向下运动，接触圆盘件后，对圆盘进行辗压成形，左侧锥辊未辗压部分，旋转半圈后被右侧锥辊辗压，随着不断进给运动，盘类件逐渐被辗薄，最终成形出需要的零件。

图1 多锥辊摆辗原理简图

多辊摆辗摆头锥度模拟方案

多辊摆辗中的摆头为锥形，为了控制摆头的大小，也便于安装，同时还要保证摆头能够成形坯料，本文设计出了5 个大小、锥度都不同的锥辊。为了直观观察锥辊锥度的影响规律，本文将左右两侧的5 个锥辊的锥度设为一致，锥度分别为30°、45°、90°，上模进给速度均为1mm/s。

数值模拟

选取DEFORM-3D 有限元分析软件进行模拟仿真及分析，有限元模型如图2 所示，将一组多辊摆头、圆盘坯料和下模文件导入DEFORM-3D 软件进行前处理，在属性设置中，圆盘坯料为塑性体，摆头及下模为刚性体。然后对圆盘坯料进行网格划分，坯料网格数量初步设为32000 个。坯料与下模之间的摩擦系数选择0.7，锥辊与坯料之间是滚动摩擦，选择0.05的摩擦系数。

图2 90°多锥辊摆辗仿真模型

图3 45°多锥辊摆辗仿真模型

图4 30°多锥辊摆辗仿真模型

摆头锥度对成形影响

图5～图7为不同锥度的锥辊模拟成形后的圆盘。从成形后的结果可以看出，最终成形后的圆盘件现状差别不大，说明不同锥度锥辊对成形后的圆盘形状影响不大。边缘折叠情况随着锥辊锥度的减小而增加，表明锥辊锥度的减小会增大其内部缺陷。在成形过程中，锥辊的锥度越小，成形过程越容易发生失稳，两侧锥辊的动态成形力越不容易平衡，因此，锥辊的锥度越小，其成形难度会越大。

图5 90°多锥辊摆辗模拟仿真结果

图6 45°多锥辊摆辗模拟仿真结果

图7 30°多锥辊摆辗模拟仿真结果

图8 ～图10 为成形过程中多锥辊摆辗载荷图，从图9 中可以看出，锥辊载荷先增加后减少，随着变形的进行载荷逐渐增大，达到最大值后开始停止进给，对圆盘进行整形，载荷逐渐下降。图10、图11 为45°多锥辊摆辗摆辗载荷和 30°多锥辊摆辗摆辗载荷，相对于90°多锥辊摆辗摆辗载荷，45°和30°多锥辊摆辗摆辗载荷在载荷最大值有一个持续阶段，这一阶段载荷变化不大。随着锥度的减小，总体载荷逐渐减小，主要是由于锥度越小，摆头与坯料接触的面积越小，所需摆辗载荷越小。

图8 90°多锥辊摆辗摆辗载荷图

图9 45°多锥辊摆辗载荷图

图10 30°多锥辊摆辗摆辗载荷图

结论

⑴不同锥度锥辊对成形后的圆盘形状影响不大。

⑵边缘折叠情况随着锥辊锥度的减小而增加，锥度的减小会增大其内部缺陷。

⑶随着锥度的减小，总体载荷逐渐降低，能有效地减小载荷。

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