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看一看极爪零件的温锻成形及其三维有限元模拟

发布时间:2021-11-18 11:42:24 阅读: 来源:差压表厂家
看一看极爪零件的温锻成形及其三维有限元模拟

1概述温锻成形是最近几年来在冷塑性成形基础上迅速发展起来的1种塑性成形新工艺。与热模锻相比,温锻成形件表面不会产生强烈氧化作用,表面质量好,尺寸公差小,乃至可直接成形零件的工作表面,完全省去后续机加工,且没有飞边,节省原材料。冷锻成形对变形材料及零件形状的要求比较刻薄,对常常使用的合金结构钢,只有在其含碳量低于0.45%时才能采取冷锻成形,且只限于成形形状简单的零件。在多工步冷锻成形中,各工步之间通常要加入热处理工步,以消除冷作硬化。另外,合金结构钢在冷成形时变形抗力大,对压力机吨位及模具材料要求高,这样势必降落生产效率,增加生产本钱。温锻成形的温度范围介于冷锻和热锻之间,对常常使用的合金结构钢,其温锻时的屈服应力约为冷锻时的1/3,材料的变形能力和室温下相比可提高2~3倍。这样,可以减少成形工步,节俭设备投资。而所成形零件的尺寸精度和表面质量与冷锻成形相当,若最后增加1个冷整形工步,则可获得冷锻成形相同的尺寸精度和表面质量。因此,温锻成形既突破了冷锻成形中变形材料、零件形状、需增加中间热处理工步及变形抗力的局限性,又克服了热锻中因强烈氧化作用而引发的表面质量及尺寸精度问题,具有显著的优越性房子遇到强拆怎么办。温锻精密成形技术最近几年来在美国、日本、德国等发达国家的汽车工业中得到愈来愈广泛的利用,并有逐步取代热锻工艺的趋势。与发达国家相比,我国汽车工业中的温锻精密成形技术还比较落后,对发达国家1些比较成熟的温锻工艺,也还没能完全消化吸收。为了提高我国汽车工业的温锻技术水平房屋拆迁都有哪些补偿项目,缩小和发达国家之间的差距,我国金属塑性加工领域的研究人员在温锻成形理论和工艺两个方面都亟待展开深入研究。极爪零件(如图1所示)属于形状复杂的旋转对称零件。受零件形状的限制,用单纯的冷锻工艺难以成形。若采取热锻工艺,则原材料、能源的消耗量及后续机加工难度和工作量大,势必增加生产本钱。该锻件的生产批量大,如采取温锻工艺或"温锻+冷锻"综合工艺来生产,则可以充分发挥温锻精密成形的优越性,降落本钱,提高质量。但该零件温锻成形关键工步的工艺参数还有待探索肯定。本研究采取3维有限元模拟其温锻成形工步,得出变形进程中材料的活动情况、变形载荷及模具的受力散布,模拟结果可以为模具结构及其尺寸的选择提供根据。2极爪零件的成形工艺分析该零件形状复杂,若采取1般的热锻工艺生产,虽然材料的屈服应力较低,但是零件的爪部尖端难以充满,需要很高的成形载荷违法强拆无证房怎么维权。国外研究结果表明,对直径为95~130mm的低碳钢零件,若采取同1台压力机上多的工位热锻工艺,要求压力机吨位达22400kN。热加工完成以后需进行冷整形,所需整形力约11200kN。且在热锻和冷整形工步之间需加入热处理、吹砂、磷化处理、皂化处理等辅助工步。棘爪零件的材料为08F钢,采取温锻和冷锻相结合的方法来生产该零件,则可大幅度降落生产本钱。其成形工艺方案如图2所示。其中,前4个为温锻工步,后两个为冷锻工步。各温锻工步的变形温度为700~850℃。在这两种方案中复杂的零件形状通过径向挤压(或镦挤)、镦压、切边、曲折等几个简单的工步共同实现。每一个成形工步的模具结构简单,易于加工,且各工步的变形抗力较小。在曲折工步完成以后毛坯的形状已非常接近零件的终究形状,后续冷整形工步承受的变形小,这样不但降落了整形力,还可保护型腔复杂的冷整形模具,延长其使用寿命。各温锻工步完成以后既不需进行热处理,也不需加入去氧化皮工步,且零件的精度高,后续机加工量很小。国外资料表明,对外径为90mm低碳钢棘爪零件,只要压力机的刚性、工作台面和导向精度满足要求,1台11200kN的压力机上可安排前述4个温锻工位,即压力机的1次行程可加工1个经切边后的预成形件。图2极爪零件的成形工艺方案

在图2所示的工艺中,径向挤压和镦挤是这两种方案的关键工步。本研究利用3维有限元分析结果预选成形参数,预测和消除可能存在的成形缺点。3关键工步的有限元模拟塑性有限元从上限定理动身,按有限元模式把能耗率泛函表示为节点速度的非线性函数,利用数学上的极值原理和最优化理论得出满足极值条件的最优解。从理论上讲,它可以利用于各类塑性成形进程,能考虑多种外界因素对变形的影响,如变形材料性能、温度、摩擦条件、模具形状、模具运动速度等,且能获得成形进程的多方面信息,如金属活动速度场、成形力、应力散布、应变散布和可能出现的成形缺点等。因此,有限元模拟技术已成为优化金属塑性加工工艺的强有力工具。目前,金属体积成形的2维有限元模拟技术已广泛利用于科学研究和工业生产中。3维塑性有限元主要用于分析简单形状零件的成形,对复杂形状零件成形进程的3维有限元模拟还少见报道。本研究根据温锻进程的工艺特性(包括变形温度范围,材料特性,变形速度,摩擦条件等),把温锻温度范围的材料抗力模型和摩擦模型引入有限元分析软件DEFORM⑶D,建立与实际3维问题符合的有限元模型,模拟极爪零件温锻成形的关键工步(径向挤压和镦挤),优化成形参数。温锻成形进程中模具要承受很高的变形抗力,为保证模具寿命,需肯定模具的受力情况。为此,可用有限元法对模具的受力进行弹性分析。具体方法以下:首先选取需要研究的时间增量步,用单元积分的方法抽取变形体和模具接触面上变形体对模具的反作用力,然后依照弹性有限元方法离散化模具、等效模具所受的作用力及边界条件,得出模具的应力散布,从而为温锻模具材料及模具结构的选择、模具预应力圈的层数及径向过盈量的选择提供根据。本研究的技术线路如图3所示。图3温锻成形的3维有限元模拟

4模拟结果与讨论这里用前述3维有限元技术模拟极爪零件温锻成形的关键工步,得出了变形材料的活动情况、变形载荷及模具的受力散布。模拟结果可以为模具结构设计及其尺寸的选择提供根据。两种不同工艺方案中的径向挤压和镦挤工步都是为成形极爪零件的爪部展开中间毛坯而设。图4给出了径向挤压和镦挤工步的变形网格图。图5给出了这两种温锻工步的载荷-行程曲线。从图中曲线可以看出,径向挤压时的最大载荷约为镦挤时的1/2。本研究中改变这两种工艺的模具结构参数对温锻进程进行模拟,分析得出了两种方案各自的优越性及限制条件,选择了较合适的模具结构参数。模拟结果很好地指导了该零件的物理模拟实验。研究结果提高了该零件实际生产时工艺选择和模具设计的可靠程度。图4 极爪零件温锻成形工步的有限元网格(a)径向挤压 (b)镦挤

图5 极爪零件温锻工步的载荷-行程曲线

本研究对凹模及预应力圈在工作状态的应力散布进行有限元模拟,求出凹模及预应力圈工作时等效应力及最大主应力的散布,肯定了模具工作时的应力集中部位。根据分析结果选择了合适的凹模材料、凹模结构及预应力圈材料,肯定了合适的预应力圈层数、尺寸及径向过盈量,提高了模具的工作效益。图6给出了镦挤凹模工作进程中的应力散布,图6a为凹模内圈的1/12在工作时的等效应力散布,图6b、6c为其两个径向截面内的等效应力散布。图6 凹模内圈工作时的应力散布

5 结论“温锻+冷锻”精密成形是生产汽车极爪零件效益最好的生产工艺。成形极爪零件的爪部展开中间毛坯是该工艺的关键工步。利用所建立的温锻成形3维有限元模型对成形进程及模具受力进行模拟,模拟结果可以有效地指导工艺和模具设计。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章