半軸套管法蘭預(yù)鍛熱擠壓凸模有限元模擬分析

于飛

摘 要：本文主要應(yīng)用商用DEFORM-3D有限元軟件對半軸套管法蘭預(yù)鍛熱擠壓模進(jìn)行數(shù)值模擬分析，分析凸模在熱擠壓過程中各階段的磨損情況以及模擬數(shù)值參數(shù)對磨損量的影響規(guī)律。從而得到適合的凸模數(shù)值模擬參數(shù)。得到的研究結(jié)果能夠用來指導(dǎo)工藝實踐，從而提高模具的壽命、產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

關(guān)鍵字：半軸套管法蘭；DEFORM-3D；有限元分析；磨損

1 引言

[1]半軸套管擠壓模具的工況條件很復(fù)雜，壽命低。為了提高模具壽命和產(chǎn)品質(zhì)量，我們采用有限元分析軟件deform先進(jìn)行分析優(yōu)化設(shè)計。[2]半軸套管熱擠壓模與其他的成形模比較，壽命普遍較低，怎么樣來提高半軸套管熱擠壓模的壽命，研究人員做了很多方法，如改進(jìn)成形工藝、選用先進(jìn)的模具材料進(jìn)行表面強(qiáng)化處理等，效果都不是很明顯。研究人員普遍認(rèn)為，熱擠壓的過程中，能夠建立很好的成形工藝參數(shù)與模具磨損量的關(guān)系，就能夠更好的指導(dǎo)模具設(shè)計和生產(chǎn)，這樣能提高模具的使用壽命[3]。

2 半軸套管法蘭預(yù)鍛有限元仿真模擬

2.1 半軸套管法蘭預(yù)鍛有限元模型

半軸套管法蘭屬于軸對稱的工件，運(yùn)用deform-3d模擬分析其工件的四分之一模型來簡化模擬時間。下圖1為半軸套管法蘭有限元模型及其網(wǎng)格的劃分。

2.2 半軸套管法蘭熱擠壓仿真

利用solidworks三維軟件造型獲得模具的結(jié)構(gòu)和初始坯料的三維幾何模型，之后利用另存為轉(zhuǎn)換為通用圖形stl格式導(dǎo)入到DEFORM-3D前處理模塊中。模擬過程中該坯料材料為45號鋼，坯料加熱溫度我們選用2000℃，材料模型為剛粘塑性流動應(yīng)力模型=（，T），這里的模具材料為H13，模具硬度HRC為55，初始溫度300℃；外界環(huán)境溫度為20℃，摩擦模型采用塑性剪切摩擦，摩擦系數(shù)為0.12，熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.004，凸模的成形速度為10mm/s。我們采用實體1/4的模型進(jìn)行計算分析，坯料的網(wǎng)格劃分為100000.凹凸模的網(wǎng)格劃分為5000.我們采用Archard磨損模型預(yù)測模具在成形過程中的磨損量，其表達(dá)式為=，式中，為磨損深度；P為模具表面正壓

力；v為滑動速度；a，b，c為標(biāo)準(zhǔn)常數(shù)，a，b取1，c取2.K為與材料特性相關(guān)的常數(shù)，k為2×10-5；H為模具初始硬度（HRC）.

2.3 半軸套管法蘭熱擠壓仿真結(jié)果

半軸套管法蘭凸模正擠壓之前，凸模在下壓的過程中，凸模的芯軸先把沖皮沖掉，之后隨著凸模下壓來完成正擠壓過程，圖2（a）為正擠壓過程中，擠壓套筒過程中凸模的磨損情況，我們可以看出凸模磨損開始最大磨損深度為0.0000307，最小為0.0000102.在凸模的作用下使坯料產(chǎn)生軸向變形，在凸模頭部磨損深度最大。

鐓擠法蘭成形工序是半軸套管法蘭熱擠壓工序中非常關(guān)鍵的一環(huán)節(jié)，對整個工藝的成敗巨大。下圖2（b）是凸模在368步鐓擠的過程中凸模磨損情況，最大磨損深度為0.0000311，最小磨損深度為0.0000104.從圖中可以看出最大磨損量依然在形成套管部分，在下壓量不斷增加的時，鐓擠開始形成，套筒處磨損深度開始增加，法蘭處出現(xiàn)凸模磨損深度，法蘭型腔開始逐漸被充滿，大量的金屬發(fā)生在正擠壓變形流入桿部使凸模磨損深度增加。

3 結(jié)束語

本文應(yīng)用DEFORM-3D軟件對半軸套管法蘭預(yù)鍛熱擠壓凸模磨損進(jìn)行有限元模擬分析，得出不同的下壓量對半軸套管法蘭成形過程中的影響。通過DEFORM-3D模擬軟件的模擬分析，大大降低了模具開發(fā)成本，縮短了模具設(shè)計周期，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]陳麗軍 王海華 等 基于DEFORM的整體半軸套管復(fù)合鐓擠數(shù)值模擬[J]武夷學(xué)院學(xué)報 2008年10月

[2]孫憲萍 王雷剛 黃 瑤 擠壓模具型腔的等磨損優(yōu)化設(shè)計[J] 江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 2007年1月

[3]周 杰 趙 軍 安治國 熱擠壓模磨損規(guī)律及磨損對模具壽命的影響[J] 中國機(jī)械工程 2007 年9 月