基于Deform調整螺套鍛模設計

王玉紅，馬廷威，龐 澤

（營口理工學院，遼寧營口 115014）

1 引言

調整螺套是用于連接拉緊帶與鐵路罐車的螺套，由于調整螺套使用量巨大，需要使用鍛造模具進行生產，鍛造模具能夠生產力學性能較高的鍛件[1～2]。通過Deform軟件的3D成形分析模塊，可以對應力及應變的分布等方面可以進行深入的研究，為調整螺套鍛造成形提供了更加可靠的理論依據。

2 鍛件圖的繪制

鐵路罐車中調整螺套如圖1中A處所示區域。每輛罐車使用8個調整螺套，其需求量非常巨大，滿足鍛模使用需求。

圖1 鐵路罐車調整螺套圖

根據鍛件對稱的形狀，選擇鍛件最大面積所處的平面為分模面，分模面形狀為平直及對稱分模線。模鍛件的斜度選取內拔模斜度為10°，外拔模斜度為7°。選取內圓角半徑為R3mm，外圓角半徑為R5mm。選取連皮厚度為5mm，類型為平底連皮[3]。調整螺套的鍛件圖如圖2所示，調整螺套的材質為Q235鋼。

圖2 調整螺套鍛件圖

3 鍛模設計和Deform模擬

3.1 鍛模結構

根據上下模的結構，選擇整體式模架，這樣可以縮短模具的設計周期，滿足當前生產任務急的現狀。千噸摩擦壓力機旋轉運動的螺桿和往復直線運動的滑塊間是非剛性的連接，所以承受偏心載荷的能力差，采用單模膛的鍛造。制坯采用自由鍛錘，然后在摩擦壓力機上進行終鍛，圖3為鍛模裝配圖。

圖3 鍛模裝配圖

3.2 Deform模擬

根據計算選取方鋼截面尺寸為70×70mm，長度為275mm。把模具和坯料導入Deform中進行模擬，所得鍛件形狀變化如圖4所示。

圖4 鍛件形狀變化圖

為了能夠觀察坯料的各個部位的受力變化情況，通過截取鍛件的Y平面，得到剖面圖5所示。取P1、P2、P3、P4共4點。P1點處于端部，與P3點一樣，變形區域類似，都是最先接觸到受力的變化，在兩側受力，P3點的位置較P1來說更靠近外端，用以對比兩點的受力情況；P2點在鍛件的中部，此區域變形較小，可以觀察到坯料心部的變化；P4點位于飛邊槽，在模擬前期變形不大，在凹模完成階段和靠模階段變形程度劇烈。

圖5 剖面取點圖

圖6 a為模擬鍛造結束時的等效應力圖，此時等效應力最大發生在中心的變形區和飛邊槽的倉部位置，這是因為鍛造時，這兩處變形最為激烈，受到的應力相對較大。圖6b顯示在鍛造的初期等效應力上升較快，在鍛造的中期，等效應力變化較緩，而鍛造末期鍛造應力上升較為迅速。鍛造初期，上模和坯料接觸，且中心部位的坯料被擠壓到四周，材料發生劇烈變形，促使等效應力快速上升；鍛造中期時，材料變形相對均勻，鍛造末期等效應力上升的原因是由于材料溫度降低，變形抗力較大，坯料多余部分的坯料流入飛邊槽的倉部，進一步促使坯料溫度的降低，另外此時模具上下模打靠，促使等效應力急劇升高。

圖6 等效應力圖

模擬過程中各點等效應變曲線圖如圖7所示。

圖7 等效應變圖

P2點的等效應變較P1、P3兩點大，說明在模擬過程中，中間部位的等效應變要比端部的要大，此位置材料變形較大；P1點的有效應變始終比P3點要大，說明在端部的完成變形后，有效應變的增加值較還繼續發生變形的部位；P4點的等效應變超過P1點，說明在凹模完成后形成飛邊槽所需的等效應變增加。因此，在模擬過程中的等效應變分布情況也符合金屬塑性成形規律。這與文獻中的相關內容闡述基本一致[4]。

通過分析可知，應用70×70×275mm坯料，能夠生產出形狀飽滿的調整螺套，且坯料變形過程符合材料塑性變形規律。

4 結束語

基于Deform對調整螺套模具鍛造過程進行模擬，并對鍛造過程中坯料出現的等效應力、等效應變和破壞系數進行了分析，從理論的角度說明采用此鍛造模具能夠生產出形狀飽滿的調整螺套，為模具設計提供理論支持。