鍛壓技術(shù)中的各種制約因素的分析

（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

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