基于Deform-3D殼體冷擠壓過程分析

馬秀花

【摘 要】以殼體為研究對象，通過分析計算殼體的成形工藝，設計出殼體冷擠壓成形的模具。應用Deform-3D塑性成形軟件進行冷擠壓工藝模擬，驗證了設計工藝和模具的正確性，并分析了工件在擠壓過程中的擠壓力變化和金屬流動規律，為殼體零件擠壓成形奠定基礎。

【關鍵詞】殼體;冷擠壓;DEFORM-3D

中圖分類號： TG376.3 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）03-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.018

Cold extrusion process analysis of the shell based on Deform-3D

MA Xiu-hua

（Yangtze University College of Technology & Engineering， Jingzhou Hubei 434020， China）

【Abstract】Taking the shell as the research object， the die for cold extrusion forming of the shell was designed by analyzing and calculating the forming process of the shell. Deform-3D plastic forming software was used to simulate the cold extrusion process. The correctness of the design process and die was verified. The extrusion force change and metal flow rule during the extrusion process were analyzed， which laid the foundation for shell parts extrusion forming.

【Key words】Shell; Cold extrusion; DEFORM-3D

0 前言

金屬擠壓成型是一種少無切削技術，利用模具的壓力使模腔內的金屬毛坯產生塑性流動（變形），獲得所需形狀的擠壓件[1]。冷擠壓成形過程中金屬與模具之間存在很大的摩擦力，造成金屬變形大，應力分布不均勻，內圓弧處極易出現折疊現象在實踐中靠經驗去優化模具的效率低，精度無法保證[2-3]。本文以如圖1所示的殼體為研究對象，采用擠壓成型技術對該殼體進行加工。通過Deform-3D有限元分析軟件進行冷擠壓的仿真和分析，為實際冷擠壓模具設計和擠壓工藝優化奠定基礎。

1 復雜殼體成形過程的有限元仿真

Deform-3D軟件是在一個集成環境內綜合建模、成形、熱傳導和成形設備特性進行模擬仿真分析。幾何模型的生成可以在SolidWorks等三維建模軟件中實現，再通過CAD數據轉換接口輸出為STL文件格式，然后導入到DEFORM-3D中進行分析。由于結構的軸對稱性，在擠壓過程中模具的受力分布也是軸對稱的，為了節省計算時間，本文取模型的1/4進行模擬，如圖2-5所示。

1.1 基本參數設定

擠壓材料為10鋼，泊松比v=0.3，密度ρ=7.8×103kg/m3，設為彈塑性體;模具材料選取AISI-H-13，為剛性體;凸模不計回彈，模擬步數設為60步，每1步保存一次。

在進行求解前，模型需根據實際施加足夠的約束條件，其中邊界條件的設定包括對稱邊界、運動邊界、表面干涉等問題。本文模型的對稱邊界面是（1，0，0）和（0，1，0），凸模作為動模，工作速度取200～380mm/sec。凹模和凸模與擠壓材料以及凹模與擠壓材料表面間的摩擦系數取0.15。

1.2 冷擠壓成形的模擬分析

擠壓過程取4、8、13、15步可得如圖6所示的工件應力圖。可以看到在形成倒角的處應力開始變大，在形成筒壁的過程中應力較為平穩。這是因為在形成拐角處，金屬的流動情況更為復雜，變形較為劇烈，導致應力相對集中。取第4、8、13、15步作為參考，觀察在全過程中的金屬流動速度情況如圖7所示。

2 總結

通過分析計算殼體的成形工藝，設計出復雜殼體冷擠壓成形的模具，并應用Deform-3D塑性成形軟件進行冷擠壓工藝模擬，驗證了設計工藝和模具的正確性，并分析了工件在擠壓過程中等效應力和金屬流動規律，以及在擠壓過程中擠壓力的變化。

【參考文獻】

[1]張水忠，擠壓工藝及模具設計[M].北京：化學工業出版社，2009.2

[2]魏亨，強穎懷，蔡席成，任志國.基于DEFORM-3D的上座圈冷擠壓工藝優化[J].熱加工工藝，2017，46（05）：146-150.

[3]楊立權，呂青青，趙磊，黃裕飛.基于DEFORM-3D的襯套冷擠壓成形優化分析[J].熱加工工藝，2011，40（23）：123-125.