运用数值模拟改进锻造工艺
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在锻造成形模拟分 析 中，首 先建立该 锻件成 形模 具 的数字模 型 ，然后 引入 原生 产过 程 中的相 关工 艺参 数 ， 如原坯料的形状 尺 寸 （ 直径 与 长度 ） 、使 用设 备 、成 形
上受到其表面与模 具模膛摩 擦力 的影响 ，各 个金属颗 粒 均按照与圆形锻 料边 界之 问的 最短 路线 向外 连续 移 动。
■■■■■ 托Ｆｍｇ ■■■量一 ｌ ｒ ■■●■ ｌ ｉ ■■■■ ｏ ｎ 塑■■■ ■ ■
运 用 数 值 模 拟 改 进 锻 造 工 艺
芜湖 和 田汽车工业有 限公 司 （ 安徽 ２ １ｏ ） 包其华 ４ ０ ０ 吴生绪
一
、
问题的提出
向
某变形铝合金轴座锻 件在开发 试牛产 中发 其上 端
可能和严重程度也就越 大。
图 ｌ 模拟没有产生折叠缺陷 １
３所 示 。
罔 ２ 锻件的二维设计
使 用 Ｃ ＴＡ软件建立该锻件 的三 维数值模 型，如 图 ＡＩ
割渣 ， 于油ｈ Ｊ ‘ 弯 划 ｝折 弯线 ，先将两 短边侧 ￣ Ｌ卜 Ａ 折 ｝ ； 折出，然后折长边侧 ， 口 模 Ｋ度 尺寸小 于腔体长
来料整张钢板长 宽 ，在 数控等离 ｌ 排好 料 ，统 一切割 下料 ，不仪 尺寸一致且 速度快 ，然 到汕压机 上批量折
Ｐ
图 ５ 坯料在 上端不通孔部位 的变形
况 。图 ９ 示为在水 平方 向将 漠拟 般件剖 开进 行透 视观 所 察 ，可以看 到折叠缺 陷部位 的应 力分布 。
在锻压变形过程 中，由于金属材 料遵循 最小 阻力定
律 ，材料在上端不通孔部 位的变 形如 图 ６所示 形态 。该 图则描述 出了这种变形的典型特征 。 该坯料 的变形属于镦 粗锻压 变形 。材料 在水平 方 向
靠 近上端不通孔 中间水平面 附近的金 属材料 内摩擦力 小
于上部 的摩擦力 ，而 且其值呈梯 度 分布。随着 上模块 的
继续 下移 ，不通孔 的深度越来越 大 ，外 面的侧壁 厚度 和
温度 等进行模拟 。 本次模拟采用 了 Ｆ Ｒ Ｅ数值仿 真模 拟软件 ，模拟 步 ＯＧ 骤如 下：三维建模一造 型一 划分 网格一充填 边界 条件一 设定模拟步长一演算一 对模 拟结 果进行分析一后处理 。
图 ８ 竖 向剖视
参磊 工热 工 热 处 毋 锻 加
铸造 ２１ ０ ｏ年第 １期
Ｗ Ｗ Ｗ ｅｔ ｗ ｏｒ ｉ ９ ．ｃ ｍ ａ１ ｋ ｎｇ７ ５０ ｏｍ
■●●■■ 咖 ｒ ｇ ■■■垦＿ １ ｍ ■ ■■ ｝ Ｆ ｉ ■■●■ ｏｎ 塑●■■ ■ ■ ■
在原产 生折叠缺陷的部位没有再 出现折叠缺陷。
成本 、高工效原则编制工艺方 案。此次炉 外密封托 板 由 焊接件改为折弯件 ，不但大大 提高 了 效 ，还减少 了焊 接量和整形量 ，降低 ｒ生产成本。
（）对 于薄板壳形件 ，若在折 弯机上不能 四边 折弯 ２
成形 ，可通过设计专 用 刀口模 ，在 油压机 上实现 四边压
图 ４
图 ４所示为锻压成形过 程 的开始。 图 ５为坯 料在成 形模具模膛 中开始产生形变。
深度之 比越来越小 ，金属 材料 的局部镦粗 变形便 失去平 衡 ，该处 的材料在 向外 内摩擦力的作用下随之向外移动 。 而且 ，鼓肚形坯料 向外移 动 的距 离也 随之增 大。在这种 状态下 ，不通孔上下两部 分金属 材料 不断靠 近，为折叠 缺陷 的形成埋下 了隐 患。当锻造 动作终 止时 ，上端 不通
５ ．结 语
（ ）作为工艺人 员，拿到 没汁 时 ，不要急 于按设 １ 计 图结构编制工艺。首先要做 工 艺经济性 分析 ，本 着低
寸，其巾 ２巾折弯线 ３ 用割斟 加热后，用榔头敲至短边侧 ｊ 接头 ，彤成缩小端，然后定位焊 固定 ，并形成＿壳体。 ｒ
４ 批 量生产 ．
制作后成 品外形 见图４ 。单件试生产成功后 ，根据
按 照这一仿真模拟分析 的结果对原来 的成形工 艺进
行 改进并指导现场生产 ，获得 了无折叠缺陷的合格锻件。
图 ９ 水平剖视
３ 缺陷形成原因分析 ．
金属材料在镦 粗变 形时遵循最 小阻力定 律 向外 进行 变形 ，上下方向的压缩距离越 大 ，材料在横 向的变形也
（Ｊ ｃ 【Ｊ ｄ
越大 。如果金属材料 中问成形 有孔 ，则 出现折叠 缺陷的
孑 中部水平面上下两边 的金属材料便 受挤 压而折叠 在一 Ｌ 起 ，最终形成了折叠缺陷 ，如图 ７所示 。
—
—
。 —
一
鬣
图 ７ 模拟 中的折叠缺 陷 图 ４ 成形过程开始
为 了进一步 了解折叠 缺陷 的严重 程度 ，列其 部位通
过不 同角度进行定性 观察 。图 ８所 示为竖 向剖 开模 拟锻 件 ，经透视观察 ，从而看到折 卺缺 陷部位 的应 力分 布状
制成形 。ＭＷ
２ ０年 第 ７ ０ Ｔ 期
热 处 簸如 铸造
Ｗ Ｗ Ｗ ｍ ｅｔ ｗ ｏｒ ｎｇ７ ５０ ａ１ ｋｉ ９ ＣＯｍ
参曷 工热 工 加
Ｆ ｉｌ 里 ｏｎ 塑 ｒｇ ｍ
图 ３ 锻件三维数值模 型
图 ６ 坯料在上端不通孔部位继续变形
２ 锻造成形模拟分析 ．
度尺寸 ，昕 以 ｎ 模能顺 利仲 人腔体 内，折 长边侧 。 （ ）折 出后检查尺寸 ，符 合图样要求 ３
（ ）外彤折山后，存平 台 用：装 板 ，将其楔至尺 ４ Ｉ
弯 。从下料到压制成 形 ，半 ｌ 日即可完成 ，而 以往 ＿ 作
从下料到拼焊需 ５个工作 日，， 产工期大大减少 。 Ｌ
的孑 中存在折 叠缺 陷，如图 １ Ｌ 所示。
（ ） 上 端 放 大 ｂ Ｌ
ｌ
为了查找出现折叠 缺陷 的原 ｌ ，我们对 该锻件 的锻 大 Ｉ
造成形过程采用仿 真数值馍 拟分析 ，并进行 成形． 艺改 ［
进 ，获得 了满意的技术效果
二、数值模拟分析
１ ．建立锻件模型
该锻件的二维没汁如图 ２所示
上受到其表面与模 具模膛摩 擦力 的影响 ，各 个金属颗 粒 均按照与圆形锻 料边 界之 问的 最短 路线 向外 连续 移 动。
■■■■■ 托Ｆｍｇ ■■■量一 ｌ ｒ ■■●■ ｌ ｉ ■■■■ ｏ ｎ 塑■■■ ■ ■
运 用 数 值 模 拟 改 进 锻 造 工 艺
芜湖 和 田汽车工业有 限公 司 （ 安徽 ２ １ｏ ） 包其华 ４ ０ ０ 吴生绪
一
、
问题的提出
向
某变形铝合金轴座锻 件在开发 试牛产 中发 其上 端
可能和严重程度也就越 大。
图 ｌ 模拟没有产生折叠缺陷 １
３所 示 。
罔 ２ 锻件的二维设计
使 用 Ｃ ＴＡ软件建立该锻件 的三 维数值模 型，如 图 ＡＩ
割渣 ， 于油ｈ Ｊ ‘ 弯 划 ｝折 弯线 ，先将两 短边侧 ￣ Ｌ卜 Ａ 折 ｝ ； 折出，然后折长边侧 ， 口 模 Ｋ度 尺寸小 于腔体长
来料整张钢板长 宽 ，在 数控等离 ｌ 排好 料 ，统 一切割 下料 ，不仪 尺寸一致且 速度快 ，然 到汕压机 上批量折
Ｐ
图 ５ 坯料在 上端不通孔部位 的变形
况 。图 ９ 示为在水 平方 向将 漠拟 般件剖 开进 行透 视观 所 察 ，可以看 到折叠缺 陷部位 的应 力分布 。
在锻压变形过程 中，由于金属材 料遵循 最小 阻力定
律 ，材料在上端不通孔部 位的变 形如 图 ６所示 形态 。该 图则描述 出了这种变形的典型特征 。 该坯料 的变形属于镦 粗锻压 变形 。材料 在水平 方 向
靠 近上端不通孔 中间水平面 附近的金 属材料 内摩擦力 小
于上部 的摩擦力 ，而 且其值呈梯 度 分布。随着 上模块 的
继续 下移 ，不通孔 的深度越来越 大 ，外 面的侧壁 厚度 和
温度 等进行模拟 。 本次模拟采用 了 Ｆ Ｒ Ｅ数值仿 真模 拟软件 ，模拟 步 ＯＧ 骤如 下：三维建模一造 型一 划分 网格一充填 边界 条件一 设定模拟步长一演算一 对模 拟结 果进行分析一后处理 。
图 ８ 竖 向剖视
参磊 工热 工 热 处 毋 锻 加
铸造 ２１ ０ ｏ年第 １期
Ｗ Ｗ Ｗ ｅｔ ｗ ｏｒ ｉ ９ ．ｃ ｍ ａ１ ｋ ｎｇ７ ５０ ｏｍ
■●●■■ 咖 ｒ ｇ ■■■垦＿ １ ｍ ■ ■■ ｝ Ｆ ｉ ■■●■ ｏｎ 塑●■■ ■ ■ ■
在原产 生折叠缺陷的部位没有再 出现折叠缺陷。
成本 、高工效原则编制工艺方 案。此次炉 外密封托 板 由 焊接件改为折弯件 ，不但大大 提高 了 效 ，还减少 了焊 接量和整形量 ，降低 ｒ生产成本。
（）对 于薄板壳形件 ，若在折 弯机上不能 四边 折弯 ２
成形 ，可通过设计专 用 刀口模 ，在 油压机 上实现 四边压
图 ４
图 ４所示为锻压成形过 程 的开始。 图 ５为坯 料在成 形模具模膛 中开始产生形变。
深度之 比越来越小 ，金属 材料 的局部镦粗 变形便 失去平 衡 ，该处 的材料在 向外 内摩擦力的作用下随之向外移动 。 而且 ，鼓肚形坯料 向外移 动 的距 离也 随之增 大。在这种 状态下 ，不通孔上下两部 分金属 材料 不断靠 近，为折叠 缺陷 的形成埋下 了隐 患。当锻造 动作终 止时 ，上端 不通
５ ．结 语
（ ）作为工艺人 员，拿到 没汁 时 ，不要急 于按设 １ 计 图结构编制工艺。首先要做 工 艺经济性 分析 ，本 着低
寸，其巾 ２巾折弯线 ３ 用割斟 加热后，用榔头敲至短边侧 ｊ 接头 ，彤成缩小端，然后定位焊 固定 ，并形成＿壳体。 ｒ
４ 批 量生产 ．
制作后成 品外形 见图４ 。单件试生产成功后 ，根据
按 照这一仿真模拟分析 的结果对原来 的成形工 艺进
行 改进并指导现场生产 ，获得 了无折叠缺陷的合格锻件。
图 ９ 水平剖视
３ 缺陷形成原因分析 ．
金属材料在镦 粗变 形时遵循最 小阻力定 律 向外 进行 变形 ，上下方向的压缩距离越 大 ，材料在横 向的变形也
（Ｊ ｃ 【Ｊ ｄ
越大 。如果金属材料 中问成形 有孔 ，则 出现折叠 缺陷的
孑 中部水平面上下两边 的金属材料便 受挤 压而折叠 在一 Ｌ 起 ，最终形成了折叠缺陷 ，如图 ７所示 。
—
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一
鬣
图 ７ 模拟 中的折叠缺 陷 图 ４ 成形过程开始
为 了进一步 了解折叠 缺陷 的严重 程度 ，列其 部位通
过不 同角度进行定性 观察 。图 ８所 示为竖 向剖 开模 拟锻 件 ，经透视观察 ，从而看到折 卺缺 陷部位 的应 力分 布状
制成形 。ＭＷ
２ ０年 第 ７ ０ Ｔ 期
热 处 簸如 铸造
Ｗ Ｗ Ｗ ｍ ｅｔ ｗ ｏｒ ｎｇ７ ５０ ａ１ ｋｉ ９ ＣＯｍ
参曷 工热 工 加
Ｆ ｉｌ 里 ｏｎ 塑 ｒｇ ｍ
图 ３ 锻件三维数值模 型
图 ６ 坯料在上端不通孔部位继续变形
２ 锻造成形模拟分析 ．
度尺寸 ，昕 以 ｎ 模能顺 利仲 人腔体 内，折 长边侧 。 （ ）折 出后检查尺寸 ，符 合图样要求 ３
（ ）外彤折山后，存平 台 用：装 板 ，将其楔至尺 ４ Ｉ
弯 。从下料到压制成 形 ，半 ｌ 日即可完成 ，而 以往 ＿ 作
从下料到拼焊需 ５个工作 日，， 产工期大大减少 。 Ｌ
的孑 中存在折 叠缺 陷，如图 １ Ｌ 所示。
（ ） 上 端 放 大 ｂ Ｌ
ｌ
为了查找出现折叠 缺陷 的原 ｌ ，我们对 该锻件 的锻 大 Ｉ
造成形过程采用仿 真数值馍 拟分析 ，并进行 成形． 艺改 ［
进 ，获得 了满意的技术效果
二、数值模拟分析
１ ．建立锻件模型
该锻件的二维没汁如图 ２所示