鍛壓技術中的各種制約因素的分析

（陽泉煤業(yè)集團華越機械有限公司，山西 陽泉 045000）

鍛壓技術中的各種制約因素的分析

張 鵬

（陽泉煤業(yè)集團華越機械有限公司，山西 陽泉 045000）

本文首先通過具體案例分析，進而說明了變形速度對變形抗力的影響，然后闡述了模具的圓角半徑對鍛件質量的影響以及鍛件的質量對溫度的要求，最后進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

在實際的生產和操作中，鍛壓為大變形加工的材料成型，大變形是很難進行加工和檢測的。這一問題導致了生產成本的提高，我們通過DEFROM軟件的應用，模擬在大變形狀況下的鍛壓流程，使生產廠家解決了成本浪費的問題。下面我們就以真實的事例來具體分析工藝和模擬條件。

一、具體案例分析

通過壓力機采用熱鍛技術，起始的溫度是1100℃，模具實現(xiàn)也要進行預熱，溫度到達300℃，通過這種方式就可以防止配料和模具觸碰時發(fā)生突變，保證了最后鍛件的品質，網(wǎng)格的數(shù)量定格在6000個，以下是導向套的模擬流程。

網(wǎng)格大小對成型的影響。對網(wǎng)格劃分的大小問題是至關重要的，如果網(wǎng)格設計的太大，那么就會降低模擬的準確度；如果網(wǎng)格設計過小，雖然模擬的精確性得到了提高，但是模擬的時間太長，導致模擬效率太低。那么我們該如何確立網(wǎng)格的劃分最佳的界限呢？首先，在保證模型的型號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間還能減少運算時間。下面我們進行具體的分析。

冷鍛時，因為模具呈現(xiàn)剛性，它不會進行傳熱和變形，所以模具就不需要劃分網(wǎng)格，工件就直接采用默認的網(wǎng)格進行劃分，工件所采用的網(wǎng)格的數(shù)量分別是4000個和8000個，兩個不同網(wǎng)格數(shù)的對比，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、變形速度對變形抗力的影響

變形的速度對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間的關系，可以使分析更加的清晰明了。模擬結果分析如下：

1 變形速度和塑性的相互關系

塑性能受到變形速度的影響，根據(jù)實際的情況可以分為兩個不同的方面，第一就是變形速度的增快，就要使較多的位錯同時運作。導致了金屬的流動應力增強，這樣就會使斷裂提前，致使金屬的塑性下降。第二就是變形速度的加大，就會產生溫度效應，可以提升金屬的塑性。

2 變形抗性受變形速度的影響

變形速度加大導致熱效應的增強，致使變形的抗力減弱；另一方面，變形時間變短使位錯運動的開始和運行的時間不夠，又導致了變形抗力的增強。通常來說，伴隨變形速度不斷提高，金屬應力也不斷提高，但是它的提高層次和變形溫度有著直接的關系。金屬在變形時，它的變形速度對其實際的應力影響較小；但是在熱變形的時候，變形速度的提升會使實際的應力有明顯的提升。隨著變形的程度不斷增強，如果恢復和再結晶不能及時的發(fā)生，那么就會導致加工硬化，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。

三、模具的圓角半徑對鍛件質量的影響

模具的圓角半徑可以很大程度上影響到金屬流動。當R較小時，金屬在流動到圓角處時要改變一個較大的角度，這樣就會使金屬流動受到一定的阻力，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該大小適中。還有就是鍛件的外部輪廓和內腔輪廓轉角處的圓角半徑的大小對金屬流動也有一定程度的阻礙，如果這個圓角太小，就會阻礙金屬流動致使不能快速的充滿模膛，不但消耗了大量的能量，還會使模具受到磨損，因此，在條件達到的情況下，適當?shù)募哟筮@部位的圓角半徑。

圓角半徑偏大的，它的鍛件的質量較高，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。所以我們要生產出更高質量的鍛件首先要適當增大圓角。

四、鍛件的質量對溫度的要求

在冷變形的時候，材料變形抗力很大，這時就需要用到大型設備，在反復的變形中同時要增多再結晶以及其他的輔助設備，而且在經過冷變形之后的材料一般殘余的應力較大，塑性的指標較低，還會使金屬的化學性能和力學的特性發(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，同時出現(xiàn)再結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備上，節(jié)約成本，充分利用能源，增強材料的塑性和力學特性。

熱鍛時的應力偏小，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，再進行冷變形的時候，因為金屬的塑性較差，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比，我們可以了解到各個因素對載荷、應力的分布、充型以及破壞的因素等影響，得出了最佳的模擬條件，并且可以投入到實際的生產中去。最佳的模擬條件：工件的網(wǎng)格劃分數(shù)量是16000，采取熱鍛的方式，工件熱鍛的起始溫度設置在1100℃，上下的模具首先應該加熱到300℃，模具的網(wǎng)格劃分方式采取絕對的劃分方法，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，熱傳導系數(shù)是0.1。

結語

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，嚴格按照加工的標準實施，這樣才能保證大變形材料成型的質量。

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