文/李偉·泛亞汽車技術(shù)中心有限公司柳州分公司張峰·上汽通用五菱汽車股份有限公司

基于QFORM分析的鍛造工藝優(yōu)化

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模擬過程

QFORM系統(tǒng)

QFORM軟件由俄羅斯Quantor公司研制，是專門用于金屬塑性成形的模擬軟件，可以比較精確地對鍛件的各工藝過程進行動態(tài)分析。QFORM軟件在金屬成形方面處于領(lǐng)先水平，模擬速度快，操作者容易掌握，適用于模擬冷鍛、溫鍛、熱鍛，也可以模擬粉末鍛造和鐓鍛工藝。適用的鍛造設(shè)備有機械壓力機、螺旋壓力機、液壓機、鍛錘和多錘頭壓機等。

數(shù)學(xué)模型的建立

該產(chǎn)品的上、下模具模型如圖2、3所示。

圖2 上模模型

圖3 下模模型

此次模擬對圓棒料直接鍛造和輥鍛后鍛造兩種產(chǎn)品進行對比，詳細見表1，確認輥鍛工藝是否可行，是否可以增加材料利用率，流線是否流暢。

表1 兩種工藝對比

模擬過程描述

⑴打開QFORM-3D，導(dǎo)入所要模擬的坯料和上、下模具的模型文件。在此，建議使用*.Stp文件格式進行網(wǎng)格化分設(shè)置。網(wǎng)格化分值越小，模擬結(jié)果越準確，但模擬計算時間越長，操作時可以根據(jù)實際情況作相應(yīng)的取舍。

⑵鍛造設(shè)備使用3t空氣錘。在QFORM軟件購買初期，就需要把公司內(nèi)所有設(shè)備的參數(shù)添加到軟件中，這樣便于后期直接選擇使用。當然，也可以由操作者直接在QFORM的數(shù)據(jù)庫中進行添加。

⑶零件的材料為45鋼，模具的材料為H13。

⑷設(shè)置符合實際情況的模擬條件，如坯料初始溫度、模具溫度和石墨乳脫模劑等。

⑸設(shè)置完畢后保存好，開始進行模擬計算。

模擬結(jié)果與分析

根據(jù)模擬結(jié)果顯示，現(xiàn)有方案流線合格，但飛邊過大，材料利用率低，如圖4所示。減少圓棒料長度使用輥鍛工藝進行制坯的工藝流線完全符合客戶要求，且沒有不滿模、欠肉及折疊情況發(fā)生，飛邊比例較均勻，優(yōu)化方案可行。并且材料利用率可以由76.76％提升到93.24％，如圖5所示。

圖4 現(xiàn)有方案模擬分析

圖5 優(yōu)化方案模擬分析

實際生產(chǎn)驗證

經(jīng)過實際試模，飛邊形式與模擬結(jié)果基本一致，如圖6、7所示，證明了QFORM模擬結(jié)果的準確性，也從實際生產(chǎn)過程中驗證了優(yōu)化方案的可行。

此次模擬結(jié)果與實際驗證的對比，理論模擬與實際生產(chǎn)的高度一致性，為今后工藝優(yōu)化、新產(chǎn)品開發(fā)等項目奠定了扎實的理論基礎(chǔ)，為CAE分析與生產(chǎn)實際有效地結(jié)合累積了一定的經(jīng)驗。

圖6 優(yōu)化方案飛邊展示

圖7 現(xiàn)有方案飛邊展示

結(jié)束語

本文通過模擬結(jié)果確認了工藝優(yōu)化可行，提升了材料利用率。這一案例也為用計算機模擬來代替生產(chǎn)現(xiàn)場試模，將CAE分析應(yīng)用到生產(chǎn)實際中的可行性做了明確驗證。除本文闡述的工藝優(yōu)化外，QFORM軟件還可以應(yīng)用在通過對模具的計算，可以看到模具的應(yīng)力集中情況、溫度分布情況，進而對模具壽命進行估算。也可以用于對鍛件的幾個工藝方案進行選擇，獲取應(yīng)力、應(yīng)變、載荷等工藝評估與優(yōu)化模型所需要的相關(guān)工藝參數(shù)，大大減少工藝開發(fā)的試模成本，從而提高企業(yè)的市場競爭力。