薄壁深長筋履帶下板體成形工藝研究

李科鋒，孫曉東，陳　波，汪　祥

(1.哈爾濱第一機械集團有限公司，黑龍江 哈爾濱 150056；2.駐674廠軍事代表室，黑龍江 哈爾濱 150056)

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薄壁深長筋履帶下板體成形工藝研究

李科鋒1，孫曉東2，陳波2，汪祥1

(1.哈爾濱第一機械集團有限公司，黑龍江 哈爾濱 150056；2.駐674廠軍事代表室，黑龍江 哈爾濱 150056)

為滿足履帶式裝甲車輛高機動性、輕量化的發展需求，對薄壁深長筋履帶下板體進行了成形工藝研究。應用DEFORM軟件，對下板體的加強筋成形和鍛造成形進行了模擬分析，依據分析結果進行方案設計與改進，最終確定了薄壁深長筋履帶下板體成形的最佳工藝方案：用φ65 mm×360 mm的原料在預鍛模膛上輕壓一下→終鍛→切邊→再加熱→終鍛→切邊。

履帶下板體；工藝；成形；DEFORM軟件；數值模擬

1　零件成形工藝分析

履帶板的零件圖如圖1所示。該履帶板的結構較為復雜，壁厚較薄(5 mm)，且加強筋較高，形狀復雜，鍛造成形難度大。特別是零件的正面成形困難，有可能需要多火成形。為了保證多次成形的制件尺寸精確度，成形時選擇用沖頭成形零件正面。成形設備為10 t模鍛錘。鍛件形狀如圖2所示。

圖1　履帶板零件圖

圖2　履帶板鍛件圖

2　成形過程數值模擬

本文采用DEFORM分析軟件，對履帶板的鍛造成形過程進行數值模擬，制定合理的工藝方案[1]。DEFORM軟件是一套基于有限元的工藝仿真軟件，用于分析金屬成形及其相關工業的各種成形工藝和熱處理工藝[2]。通過在計算機上模擬整個加工過程，來設計產品工藝流程，減少昂貴的現場試驗成本，提高產品設計效率，降低生產和材料成本，縮短研究開發周期。應用該軟件，可進行冷、溫、熱鍛成形和熱傳導耦合分析。該軟件具有豐富的材料數據庫，包括各種鋼、鋁合金、鈦合金和超合金，還允許用戶自行輸入材料數據庫中沒有的材料[3]，可提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息。利用軟件網格劃分和質點跟蹤功能，可以分析材料內部的流動信息及各種場量分布[4]。

2.1加強筋成形數值模擬

為了研究坯料厚度和加強筋高度成形效果的關系，應進行平板坯料鍛造成形加強筋過程的數值模擬。坯料的厚度為35 mm，數值模擬模型圖如圖3所示。成形過程共為4次鍛造成形，成形效果圖如圖4所示。模擬結果顯示，厚度為35 mm的平板基本可以成形高度為10 mm的加強筋，但2個小加強筋端部成形不充分(見圖5)。履帶板零件的結構比平板更容易成形加強筋，因此，可以進一步減小坯料的厚度。

圖3　數值模擬模型

圖4　成形效果圖

圖5　加強筋成形厚度圖

2.2鍛造成形數值模擬

2.2.1選擇平板坯料進行模擬

選擇不同外形尺寸的平板坯料進行數值模擬，其數值模擬模型圖如圖6所示。

圖6　數值模擬模型圖

1)坯料外形尺寸為150 mm×150 mm×30 mm，數值模擬結果如圖7所示。由于坯料的尺寸過大，成形模擬過程提前終止。

圖7　數值模擬結果圖

2)坯料外形尺寸為150 mm×130 mm×30 mm，且上端面兩側為R20 mm圓角，其余圓角為R10 mm。模擬效果如圖8所示。模擬結果顯示,鍛件的各部位雖能充分成形，但壁厚較設計尺寸超出太多，應進一步減小坯料厚度。

圖8　數值模擬結果圖

3)坯料外形尺寸為150 mm×130 mm×25 mm，且上端面兩側為R20 mm圓角，其余圓角為R10 mm。坯料厚度相對于上一次減少5 mm。模擬效果如圖9所示。模擬結果顯示，鍛件厚度雖稍有減少，但仍超出設計尺寸，且加強筋未能充分成形。所以只單純地減小坯料厚度，并沒有起到良好的效果。從成形效果圖發現，飛邊槽并沒有流出大量的余料，應修正飛邊槽的尺寸。

圖9　數值模擬結果圖

4)坯料外形尺寸為150 mm×130 mm×25 mm，且上端面兩側為R20 mm圓角，其余圓角為R10 mm。上、下模的飛邊槽位置加大了倒角。模擬效果如圖10所示。模擬結果顯示，加強筋成形充分，且鍛件的厚度進一步減小，但仍高于設計尺寸。

圖10　數值模擬結果

2.2.2選擇異形坯料進行模擬

坯料形狀如圖11所示。模擬模型如圖12所示。

圖11　坯料形狀圖

圖12　數值模擬模型圖

1)坯料尺寸如圖13所示。數值模擬結果如圖14所示。模擬結果顯示，鍛件各部位均充分成形，鍛件厚度進一步減小為9.8 mm。

圖13　坯料尺寸圖

圖14　數值模擬結果圖

2)坯料尺寸如圖15所示。數值模擬結果如圖16所示。模擬結果顯示，鍛件各部位均充分成形，鍛件厚度進一步減小為約7 mm。

圖15　坯料尺寸圖

圖16　數值模擬結果圖

3)坯料尺寸圖如圖17所示。數值模擬結果如圖18所示。模擬結果顯示，鍛件各部位均充分成形，鍛件厚度進一步減小為約6 mm。

圖17　坯料尺寸圖

圖18　數值模擬結果

4)二次鍛造模擬效果圖如圖19所示。模擬結果顯示，鍛件厚度進一步減小為約5 mm。

圖19　數值模擬結果

5)將坯料上平面厚度減為10 mm，數值模擬結果圖如圖20所示。模擬結果顯示，鍛件各部位均充分成形，鍛件厚度進一步減小為約5 mm。

圖20　數值模擬結果圖

3　金屬下板體成形試制

成形試制過程如下。

1)第1次試驗是用自由鍛將原料鍛成18 mm×157 mm×370 mm方板，由于方板太薄，四角無法鍛出，經預鍛、終鍛后，鍛件四角無法充滿，此方案不行。

2)第2次試驗是用自由鍛將原料用底模制坯，由于板太薄，四角無法鍛出，經預鍛、終鍛后，鍛件四角無法充滿，此方案不行。

3)第3次試驗是用φ65 mm×360 mm的原料直接預鍛、2次終鍛，不采用制坯工序。經過2次模鍛，測量鍛件厚度為5.5 mm，鍛件四角充滿良好，符合設計要求，說明φ65 mm的原料可以鍛造要求，但兩端加強筋處局部存在折疊，需進一步試驗。

4)第4次試驗是用φ65 mm×360 mm的原料在預鍛模膛上輕壓一下，形成初步形狀，以便能夠平穩放在終鍛模膛上。經過輕壓方法后，進行2次終鍛，折疊消失，測量鍛件厚度為5.5 mm，鍛件四角充滿良好，符合設計要求。

4　結語

經過反復試驗，最終確定了用φ65 mm×360 mm的原料在預鍛模膛上輕壓一下→終鍛→切邊→再加熱→終鍛→切邊的最佳的工藝方案。

[1] 陳剛，李科鋒，杜之明,等.特種車輛履帶板熱壓成形技術研究[J].鍛壓技術，2010，35(6)：27-30.

[2] 徐自立，婁茂昆，郭志勇,等.基于板料成形數值模擬的覆蓋件模具結構優化[J].鍛壓技術，2010,35(1)：99-102.

[3] 畢文權. 汽車橋殼熱沖壓成形工藝數值模擬及工程應用研究[D].長春: 吉林大學, 2009.

[4] 徐偉力,管曙榮,艾健,等.鋼板熱沖壓新技術介紹[J].塑性工程學報, 2009,16(4): 39-43.

責任編輯馬彤

Research on Thin-walled Deep Muscle Tracks the Lower Body Forming Technology

LI Kefeng1， SUN Xiaodong2， CHEN Bo2， WANG Xiang1

(1.Harbin First Machinery Group Co.， Ltd.， Harbin 150056, China； 2.In 674 the Military Agent’s Room， Harbin 150056, China)

To meet the tracked armor vehicle high mobility, and demand for the development of lightweight, forming technology research of the thin-walled deep muscle tracks the lower body. Using the DEFORM software, analyze the reinforcement of the lower body and forging forming simulation. According to the design and improvement analysis results, determine the best process for the thin-walled deep muscle tracks the lower body: with 65 mm ×360 mm material, a light pressure is on the pre forging die chamber, then finish forging， trim, reheat， finish forging and trim.

track the lower body， process， forming， DEFORM software， the numerical simulation

TJ 81+0.2

A

李科鋒(1973-)，男，高級工程師，主要從事熱成型技術等方面的研究。

2016-04-18