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鍛壓技術(shù)中的各種制約因素的分析

2014-10-31 02:49:10
關(guān)鍵詞:變形

(陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)華越機(jī)械有限公司,山西 陽(yáng)泉 045000)

鍛壓技術(shù)中的各種制約因素的分析

張 鵬

(陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)華越機(jī)械有限公司,山西 陽(yáng)泉 045000)

本文首先通過具體案例分析,進(jìn)而說明了變形速度對(duì)變形抗力的影響,然后闡述了模具的圓角半徑對(duì)鍛件質(zhì)量的影響以及鍛件的質(zhì)量對(duì)溫度的要求,最后進(jìn)行綜合模擬演示得出最佳鍛壓條件,以供同行參考。

有限元;DEFORM軟件 ;大變形加工

在實(shí)際的生產(chǎn)和操作中,鍛壓為大變形加工的材料成型,大變形是很難進(jìn)行加工和檢測(cè)的。這一問題導(dǎo)致了生產(chǎn)成本的提高,我們通過DEFROM軟件的應(yīng)用,模擬在大變形狀況下的鍛壓流程,使生產(chǎn)廠家解決了成本浪費(fèi)的問題。下面我們就以真實(shí)的事例來具體分析工藝和模擬條件。

一、具體案例分析

通過壓力機(jī)采用熱鍛技術(shù),起始的溫度是1100℃,模具實(shí)現(xiàn)也要進(jìn)行預(yù)熱,溫度到達(dá)300℃,通過這種方式就可以防止配料和模具觸碰時(shí)發(fā)生突變,保證了最后鍛件的品質(zhì),網(wǎng)格的數(shù)量定格在6000個(gè),以下是導(dǎo)向套的模擬流程。

網(wǎng)格大小對(duì)成型的影響。對(duì)網(wǎng)格劃分的大小問題是至關(guān)重要的,如果網(wǎng)格設(shè)計(jì)的太大,那么就會(huì)降低模擬的準(zhǔn)確度;如果網(wǎng)格設(shè)計(jì)過小,雖然模擬的精確性得到了提高,但是模擬的時(shí)間太長(zhǎng),導(dǎo)致模擬效率太低。那么我們?cè)撊绾未_立網(wǎng)格的劃分最佳的界限呢?首先,在保證模型的型號(hào)最大程度精確的情況下,盡量的降低網(wǎng)格的數(shù)量。這樣不僅降低了模擬的時(shí)間還能減少運(yùn)算時(shí)間。下面我們進(jìn)行具體的分析。

冷鍛時(shí),因?yàn)槟>叱尸F(xiàn)剛性,它不會(huì)進(jìn)行傳熱和變形,所以模具就不需要?jiǎng)澐志W(wǎng)格,工件就直接采用默認(rèn)的網(wǎng)格進(jìn)行劃分,工件所采用的網(wǎng)格的數(shù)量分別是4000個(gè)和8000個(gè),兩個(gè)不同網(wǎng)格數(shù)的對(duì)比,從中可以看出,8000網(wǎng)格數(shù)的成形比4000網(wǎng)格數(shù)要更好一些。

二、變形速度對(duì)變形抗力的影響

變形的速度對(duì)鍛壓力有一定的影響,鍛壓力可以解決金屬材料的變形抗力,在模具上所反映出的就是模具受到的擠壓載荷,通過DEFORM軟件,通過圖形的方式來展現(xiàn)出擠壓載荷和位移以及時(shí)間的關(guān)系,可以使分析更加的清晰明了。模擬結(jié)果分析如下:

1 變形速度和塑性的相互關(guān)系

塑性能受到變形速度的影響,根據(jù)實(shí)際的情況可以分為兩個(gè)不同的方面,第一就是變形速度的增快,就要使較多的位錯(cuò)同時(shí)運(yùn)作。導(dǎo)致了金屬的流動(dòng)應(yīng)力增強(qiáng),這樣就會(huì)使斷裂提前,致使金屬的塑性下降。第二就是變形速度的加大,就會(huì)產(chǎn)生溫度效應(yīng),可以提升金屬的塑性。

2 變形抗性受變形速度的影響

變形速度加大導(dǎo)致熱效應(yīng)的增強(qiáng),致使變形的抗力減弱;另一方面,變形時(shí)間變短使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的開始和運(yùn)行的時(shí)間不夠,又導(dǎo)致了變形抗力的增強(qiáng)。通常來說,伴隨變形速度不斷提高,金屬應(yīng)力也不斷提高,但是它的提高層次和變形溫度有著直接的關(guān)系。金屬在變形時(shí),它的變形速度對(duì)其實(shí)際的應(yīng)力影響較小;但是在熱變形的時(shí)候,變形速度的提升會(huì)使實(shí)際的應(yīng)力有明顯的提升。隨著變形的程度不斷增強(qiáng),如果恢復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)的發(fā)生,那么就會(huì)導(dǎo)致加工硬化,提高了變形抗力。變形抗力的提升幅度和材料的硬化率相關(guān)。

三、模具的圓角半徑對(duì)鍛件質(zhì)量的影響

模具的圓角半徑可以很大程度上影響到金屬流動(dòng)。當(dāng)R較小時(shí),金屬在流動(dòng)到圓角處時(shí)要改變一個(gè)較大的角度,這樣就會(huì)使金屬流動(dòng)受到一定的阻力,消耗更多不必要的能量,所以不能灌滿模膛,所以說,圓角的半徑選擇上應(yīng)該大小適中。還有就是鍛件的外部輪廓和內(nèi)腔輪廓轉(zhuǎn)角處的圓角半徑的大小對(duì)金屬流動(dòng)也有一定程度的阻礙,如果這個(gè)圓角太小,就會(huì)阻礙金屬流動(dòng)致使不能快速的充滿模膛,不但消耗了大量的能量,還會(huì)使模具受到磨損,因此,在條件達(dá)到的情況下,適當(dāng)?shù)募哟筮@部位的圓角半徑。

圓角半徑偏大的,它的鍛件的質(zhì)量較高,破壞系數(shù)較低,而圓角的半徑較小的,在鍛件的拐角處有破壞的痕跡,它的破壞系數(shù)也是比較高的。所以我們要生產(chǎn)出更高質(zhì)量的鍛件首先要適當(dāng)增大圓角。

四、鍛件的質(zhì)量對(duì)溫度的要求

在冷變形的時(shí)候,材料變形抗力很大,這時(shí)就需要用到大型設(shè)備,在反復(fù)的變形中同時(shí)要增多再結(jié)晶以及其他的輔助設(shè)備,而且在經(jīng)過冷變形之后的材料一般殘余的應(yīng)力較大,塑性的指標(biāo)較低,還會(huì)使金屬的化學(xué)性能和力學(xué)的特性發(fā)生改變。然而熱變形就避免了這些問題,熱變形過后沒有加工硬化的現(xiàn)象,在變形的環(huán)節(jié)中,同時(shí)出現(xiàn)再結(jié)晶軟化和加工硬化的現(xiàn)象,還能減弱金屬的變形抗性,這就使用與小型的設(shè)備上,節(jié)約成本,充分利用能源,增強(qiáng)材料的塑性和力學(xué)特性。

熱鍛時(shí)的應(yīng)力偏小,并且分布均勻,改變圓角大小后冷鍛和熱鍛的充型狀況都比較理想。從模擬中我們還可以得知,再進(jìn)行冷變形的時(shí)候,因?yàn)榻饘俚乃苄暂^差,變形很難,很容易出現(xiàn)折疊等不良狀況。

五、綜合模擬演示

通過上述的各種情況的分析和對(duì)比,我們可以了解到各個(gè)因素對(duì)載荷、應(yīng)力的分布、充型以及破壞的因素等影響,得出了最佳的模擬條件,并且可以投入到實(shí)際的生產(chǎn)中去。最佳的模擬條件:工件的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量是16000,采取熱鍛的方式,工件熱鍛的起始溫度設(shè)置在1100℃,上下的模具首先應(yīng)該加熱到300℃,模具的網(wǎng)格劃分方式采取絕對(duì)的劃分方法,最小單元格的尺寸和工件的最小圓角的半徑一致,為3mm,比例因子系數(shù)取1,摩擦系數(shù)為0.1,熱傳導(dǎo)系數(shù)是0.1。

結(jié)語(yǔ)

通過本文的敘述和探究,我們可以了解到,大變形材料的成型會(huì)受到很多因素的影響,所以,我們需要正確的使用加工過程中的各種工藝,嚴(yán)格按照加工的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施,這樣才能保證大變形材料成型的質(zhì)量。

[1]洪慎章,曾振鵬.磁極高速溫?cái)D壓工藝及模具設(shè)計(jì)[J].熱加工工藝,2011(04):32-33.

[2]李更新,楊永順.直齒圓柱齒輪溫?cái)D壓數(shù)值模擬及凹模改良[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012(04):5-8.

[3]李更新,楊永順.直齒圓柱齒輪溫?cái)D壓成形的數(shù)值模擬[J].熱加工工藝,2011(07):49-50.

[4]黃覺亮.外球面方孔軸承方孔的溫?cái)D壓、冷精沖復(fù)合工藝[J].機(jī)械開發(fā),2012(01):49-51.

[5]田福祥.閥瓣閉式溫?cái)D壓工藝及模具設(shè)計(jì)[J].模具工業(yè),2011(01):38-40.

TG31

:A

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