基于DEFORM-3D對管件高頻旋鍛模擬仿真實驗分析

朱守應

(安徽理工大學機械工程學院 安徽 淮南 232001)

引言

在塑性材料成形的工藝中，旋轉鍛造屬于是工件繞主軸旋轉且脈沖鍛打和多向鍛打的特性，由于高頻旋鍛它生產效率高，并且極其有利于塑性材料的成形。旋鍛件通過鍛打后的鍛件表面存在附加壓縮應力，相應的提高管材類鍛件的抗彎強度[4-5]。提高了材料的利用率，在生產制造中可以為企業減少成本。

一、旋鍛工作原理

圖1所示即內旋機的工作原理高頻旋鍛是一種繞工件軸線旋鍛且產生徑向沖擊的工藝，旋鍛設備有“內旋機”和“外旋機”兩種。本文采用內旋，工件繞主軸1旋轉徑向送給，模具2在行程最大時材料送給，閉合時對工件鍛打，往返重復形成高頻鍛造。

圖1 內旋鍛機的工作原理1.主軸;2.模具;3.墊片;4.壓塊;5.滾珠保持圈;6.壓力滾柱;7.支撐套

二、有限元建模

本文采用SILIDWORKS軟件建立管件和旋鍛摸具的模型，以STL格式導出，再將模型導入仿真軟件中，如圖2所示。鍛造是高頻率脈沖鍛打，在計算處理過程中規模很大，因此在建模過程盡量簡化有限元模型，通常工件進給最小單位尺寸是網格最小單位尺寸的1/2到1/3之間，因此本文選擇30000，材料選擇塑性比較好的AISI-1015.總行程為1000步，由于冷態無潤滑，摩擦因子試取0.3。

圖2 旋轉鍛造有限元模型

三、模擬仿真及結果分析

根據上述完成的旋鍛仿真前處理，還有查閱相關文獻，本次仿真為例簡化模型，對主軸以及旋鍛模具設置相應簡單的路徑函數，圖3是主軸以及1/4模具的路徑定義函數圖表[1-2]。

圖3 主軸以及模具的路徑函數表格

經仿真分析得到圖4表示的零件加工時表面形狀以及隨時間變化的應力分析。從圖中可以看出零件被旋鍛成了內徑小的薄壁管件，表面同時也有相應程度的受損，但同時也增強了工件的抗彎強度。

圖4 工件表面形貌以及應力分布圖

四、結論

塑性金屬旋轉鍛造過程中材料的流動于旋壓方法、模具的型線結構有關。本文應用DEFORM-3D軟件下完成對AISI-1015的旋鍛仿真建模[3]。通過對仿真結果的分析，包括工件的表面形貌、應力等的分析得出了相應的結論。通過對剛性模具高頻率旋鍛過程的有限元模擬，得出了旋鍛過程中工件的一些數據參數，通過這些數據分析，可以幫助相關人員對這一過程簡單分析，也為進一步研究此工藝過程提供了一些參考。