帶法蘭半球形零件復合冷鍛過程模擬

上海樺廈實業(yè)有限公司 （201405） 張驥偉 閻東輝 林 健 陳修琳

上海保捷汽車零部件鍛壓有限公司 （201818） 張海英

上海交通大學 （200030） 王以華

1.引言

在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，由于有限財政撥款，使企業(yè)采購試驗模具與設(shè)備成為大問題。因此，在擬定新的工藝過程中，借助有限元法模擬起到非常重要的作用，可以確定工程過程特征。本文借助于有限元系統(tǒng)QFORM－2D研究帶法蘭空心半球形零件復合擠壓過程。圖1為支撐球殼零件。該零件用于汽車工業(yè)，年需量300萬～500萬件。為保證這些零件的競爭能力，必須采用新工藝降本增效。

圖1 支撐球殼零件

2.兩種成形方案

圖2、圖3分別給出該零件制造工藝過程略圖。在第一種情況（見圖2）下首先成形零件錐形部位，而第二種情況（見圖3）下首先成形零件的法蘭部位。方案一包括如下4個工步：毛坯鐓粗→正擠半球形→復合擠壓→鐓粗法蘭。方案二包含如下4個工步：整形擠孔→復合擠壓→鐓粗法蘭→擠壓半球形。

兩個研究方案最終變形結(jié)果絕對相同，零件幾何參數(shù)對應規(guī)定尺寸。將工藝參數(shù)輸送到有限元系統(tǒng)QFORM－2D，可計算出變形程度值并確定金屬流動動力學參數(shù)（當?shù)撞颗c壁部一樣厚度時），在此條件下，變形功將最小，甚至能夠給出在金屬變形區(qū)每個節(jié)點變形金屬物理—力學狀態(tài)。

圖2 方案一工藝過程

工藝過程模擬結(jié)果見圖4，方案一由圓柱形毛坯變形到半球形工藝過程模擬(見圖4a)，在此，首先成形法蘭部位，而隨后的半球形擠壓在工步二。在兩種狀況下，毛坯材料10鋼，摩擦因數(shù)0.1，每一工步環(huán)境介質(zhì)和毛坯溫度為20℃，在6.3MN機械壓力機上實施變形。

圖3 方案二工藝過程

圖4 帶法蘭半球形零件復合冷擠壓過程模擬

3.結(jié)語

按照方案一最大變形力為6.1MN，而方案二最大變形力為5.5MN。分析模擬結(jié)果指出：為了獲得支撐球殼，在批量生產(chǎn)條件下最好使用方案二?？紤]先決條件是嚴格按照圖樣規(guī)定尺寸在最后擠壓工步獲得半球形，不再需要耗費多余工步校正零件。在方案一中，規(guī)定的半球尺寸會伴隨著復合擠壓而改變，并導致隨后模鍛工步中力的升高，甚至導致成形模具的快速磨損。與該方案類似，可以用來成形無法蘭空心半球形零件。

（20130902）