基于DEFORM-3D對管件高頻旋鍛模擬仿真實驗分析

朱守應(yīng)

(安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)

引言

在塑性材料成形的工藝中，旋轉(zhuǎn)鍛造屬于是工件繞主軸旋轉(zhuǎn)且脈沖鍛打和多向鍛打的特性，由于高頻旋鍛它生產(chǎn)效率高，并且極其有利于塑性材料的成形。旋鍛件通過鍛打后的鍛件表面存在附加壓縮應(yīng)力，相應(yīng)的提高管材類鍛件的抗彎強(qiáng)度[4-5]。提高了材料的利用率，在生產(chǎn)制造中可以為企業(yè)減少成本。

一、旋鍛工作原理

圖1所示即內(nèi)旋機(jī)的工作原理高頻旋鍛是一種繞工件軸線旋鍛且產(chǎn)生徑向沖擊的工藝，旋鍛設(shè)備有“內(nèi)旋機(jī)”和“外旋機(jī)”兩種。本文采用內(nèi)旋，工件繞主軸1旋轉(zhuǎn)徑向送給，模具2在行程最大時材料送給，閉合時對工件鍛打，往返重復(fù)形成高頻鍛造。

圖1 內(nèi)旋鍛機(jī)的工作原理1.主軸;2.模具;3.墊片;4.壓塊;5.滾珠保持圈;6.壓力滾柱;7.支撐套

二、有限元建模

本文采用SILIDWORKS軟件建立管件和旋鍛摸具的模型，以STL格式導(dǎo)出，再將模型導(dǎo)入仿真軟件中，如圖2所示。鍛造是高頻率脈沖鍛打，在計算處理過程中規(guī)模很大，因此在建模過程盡量簡化有限元模型，通常工件進(jìn)給最小單位尺寸是網(wǎng)格最小單位尺寸的1/2到1/3之間，因此本文選擇30000，材料選擇塑性比較好的AISI-1015.總行程為1000步，由于冷態(tài)無潤滑，摩擦因子試取0.3。

圖2 旋轉(zhuǎn)鍛造有限元模型

三、模擬仿真及結(jié)果分析

根據(jù)上述完成的旋鍛仿真前處理，還有查閱相關(guān)文獻(xiàn)，本次仿真為例簡化模型，對主軸以及旋鍛模具設(shè)置相應(yīng)簡單的路徑函數(shù)，圖3是主軸以及1/4模具的路徑定義函數(shù)圖表[1-2]。

圖3 主軸以及模具的路徑函數(shù)表格

經(jīng)仿真分析得到圖4表示的零件加工時表面形狀以及隨時間變化的應(yīng)力分析。從圖中可以看出零件被旋鍛成了內(nèi)徑小的薄壁管件，表面同時也有相應(yīng)程度的受損，但同時也增強(qiáng)了工件的抗彎強(qiáng)度。

圖4 工件表面形貌以及應(yīng)力分布圖

四、結(jié)論

塑性金屬旋轉(zhuǎn)鍛造過程中材料的流動于旋壓方法、模具的型線結(jié)構(gòu)有關(guān)。本文應(yīng)用DEFORM-3D軟件下完成對AISI-1015的旋鍛仿真建模[3]。通過對仿真結(jié)果的分析，包括工件的表面形貌、應(yīng)力等的分析得出了相應(yīng)的結(jié)論。通過對剛性模具高頻率旋鍛過程的有限元模擬，得出了旋鍛過程中工件的一些數(shù)據(jù)參數(shù)，通過這些數(shù)據(jù)分析，可以幫助相關(guān)人員對這一過程簡單分析，也為進(jìn)一步研究此工藝過程提供了一些參考。