基于Deform 的盤轂鍛造模具設計

王玉紅，馬廷威，趙啟蒙

（營口理工學院，遼寧 營口 115014）

盤轂是各種工程機械上的重要零件，廣泛應用于機械設備中。盤轂通常的制造工藝路線為鍛造—機械加工—熱處理。本文以某一型號盤轂為例，探討盤轂的鍛造模具設計。

1 盤轂鍛件圖的繪制

根據訂單上盤轂的零件圖進行熱鍛件圖的繪制。根據形狀分析，盤轂為軸對稱圖形，中間有一個直徑為60mm 的通孔，直徑為較小，需要機械加工來完成。在軸向存在一個小的階梯，階梯單面差較小，階梯軸的高度為較短，結合盤轂的形狀分析及訂貨量，采用鍛造模具進行生產，生產的盤轂為一件出兩件，即成形一個鍛件為兩個盤轂鍛件。

模具設計時選擇盤轂最大面積所處的平面為分模面，即兩個盤轂大直徑相連接的部位為分模面。小直徑端拔模斜度為7°，外圓角半徑為10mm。選取連皮厚度為5mm 的平底連皮[1]，未注圓角為R2，材質為Q235，盤轂鍛件圖如圖1 所示。

圖1 盤轂鍛件圖

2 盤轂鍛模的設計及Deform 模擬

2.1 盤轂鍛模的設計

根據車間的千噸摩擦壓力機的實際情況及以前的模具模架結構，采用單模鏜進行鍛造，一個鍛件兩個盤轂鍛件的模式進行模具設計。經過設計的盤轂鍛造模具如圖2 所示。

圖2 盤轂鍛造模具

經過計算兩個盤轂的體積，加上燒損量[2]和飛邊槽的體積，考慮到坯料的鐓粗比，通過計算折合成車間料場的坯料，經過鍛錘的自由鍛造制坯后在鍛造模具上進行鍛造。

2.2 Deform 模擬模具的鍛造過程

為了更好地設計鍛造模具，并使鍛造模具完成鍛造過程，成形合格的鍛件，在模具設計后要進行模擬，以驗證模具的可靠性。

模擬鍛造過程采用Deform 軟件進行，針對坯料的尺寸，對坯料進行網格劃分，網格數為40000，模擬步數為65 步，步長為2mm，始鍛溫度為1200℃，設定鍛造過程為干摩擦，摩擦系數為0.7。

Deform 模擬后得到的鍛件如圖3 所示，通過模擬成形的鍛件觀察，成形結果較好，形狀表面沒有缺陷。

圖3 盤轂鍛件圖

為分析鍛造對坯料內部的影響，對坯料縱截面截圖，取分析點如圖4 所示。P1為坯料的頂端，與模具型腔最先接觸，P2位階梯的軸肩位置，P3為坯料的幾何中心位置，P4為分模面上飛邊槽與坯料的交界位置。

圖4 盤轂縱截面圖

從4 個點的溫度分布圖上可以看出（圖5），P1和P2的溫度最低，P4的溫度最高，而P3居中。這是由于在模具的鍛造過程中，坯料兩側最先與模具的型腔接觸，產生熱量的散失，造成P1和P2溫度降低最為明顯。P3位于坯料的幾何中心，其變形過程最為復雜也最為劇烈，在變形過程中產生大量的變形熱，而且此處坯料沒有對外散熱的途徑，所以其溫度最高。而P4位于坯料與飛邊槽交界的位置，一方面此處的坯料與模具型腔和飛邊槽接觸，降低坯料的溫度，另一方面成形過程中，坯料不斷的由此處流向周圍的飛邊槽，產生一定的變形熱，故此處溫度高于P1和P2。整體鍛件界面的溫度分布較為合理，為坯料的順利成形提供基礎。

圖5 截面溫度分布圖

截面破壞曲線分布中P1變化最小（圖6），損壞也最小，這是由于P1在鍛造開始時就與模具型腔接觸，在型腔運動過程中，P1一直與型腔接觸，在P1周圍形成一個難變形區，此難變形區在變形過程中平移運動，因此P1的破壞值最小。P3是坯料的中心位置，在鍛造開始時，其破壞逐漸增大，到一定程度后變化較少，這是因為此時P3周圍的坯料已經不運動，而向飛邊槽運動的坯料來自軸向壓縮的坯料。P2一直增大是因為此處正是階梯變大的位置，坯料向徑向流動，促使P2的破壞系數一直增大。而P3增大是因為此處的坯料向飛邊槽流動，破壞系數一直增大完全符合坯料的流動特點和模具的鍛造過程。

圖6 截面破壞分布圖

圖7 為界面的應變分布圖，從圖中可以看出，P1的應變一直很小，這是因為P1與模具型腔接觸，發生平移，故應變一直較小。其余點的應變在開始的6s時間內非常小，然后開始增加，這是因為坯料與上下型腔已經開始接觸，開始鐓粗，坯料向徑向流動所致。但總體各點的應變較小，一般控制在0.44 以下，坯料不易產生裂紋。

圖7 截面應變分布圖

從截面坯料流動分布圖中可以看出（圖8），在開始階段，坯料各個點的流動變化劇烈，當模擬時間在3s 后各點的流動性趨于穩定，說明坯料的變化是均勻變形，變形過程中各部分不容易出現裂紋等缺陷，造成模具型腔的充不滿，形成廢品。

圖8 截面流動分布圖

通過上述Deform 模擬變形過程分析可知，應用此鍛造模具能夠生產出質量合格的盤轂鍛件，且一個鍛件能夠形成兩個盤轂鍛件。

3 結論

通過對盤轂零件的分析，繪制鍛件圖，并設計鍛造模具，應用Deform 模擬鍛件對模具的成形過程進行模擬，并對坯料縱截面的溫度分布、破壞性分布、應變分布和坯料的流動性分布進行分析，發現此模具能夠成形表面質量良好的盤轂鍛件，滿足實際生產需要。