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        影響鋁合金車輪鍛造成形力的因素

        2013-08-08 00:59:26王利梅劉建芳秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司
        鍛造與沖壓 2013年15期
        關(guān)鍵詞:坯料摩擦系數(shù)車輪

        文/王利梅,劉建芳·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

        李建 ,孫惠學·燕山大學機械工程學院

        影響鋁合金車輪鍛造成形力的因素

        文/王利梅,劉建芳·秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司

        李建 ,孫惠學·燕山大學機械工程學院

        目前,鋁合金車輪以其美觀、散熱好、質(zhì)量輕、耐腐蝕、加工性好等優(yōu)點已經(jīng)逐步取代鋼制車輪應(yīng)用在各類款式的汽車上。車輪是汽車的重要安全部件,其強度和疲勞壽命必須達到較高的要求,車輪的質(zhì)量將直接影響汽車的安全性和可靠性。

        車輪在行駛過程中承受來自各個方向因起動、制動、轉(zhuǎn)彎、物體沖擊等各種載荷所產(chǎn)生的復雜的力,因此為了保證車輪產(chǎn)品的安全,在使用前必須通過多項臺架試驗測試,本文采用有限元軟件對其鍛造成形過程進行模擬,考察幾個關(guān)鍵因素對鍛造成形力的影響,為車輪開發(fā)和設(shè)計提供可靠依據(jù)。

        影響鍛造成形力的兩大因素

        目前,鍛造鋁合金車輪的生產(chǎn)工藝路線為:鍛造→擴口→旋壓→機加工,本公司生產(chǎn)的某款鋁合金客車車輪尺寸為22.5寸,模型如圖1所示。由于本款車輪尺寸較大,鍛造成形力相對較大,在車輪鍛造成形過程中,坯料溫度、模具溫度、摩擦系數(shù)等都是影響成形力的主要因素,在現(xiàn)有噸位液壓機條件下,過大的成形力將會對填充情況有較大影響,導致廢品的產(chǎn)生,車輪鍛造填充不足缺陷如圖2所示?,F(xiàn)采用有限元分析軟件對鍛造過程進行模擬,考察坯料及模具溫度、摩擦系數(shù)對成形力的影響。

        圖1 鋁合金客車車輪模型

        圖2 鍛造車輪填充不足缺陷

        坯料、模具溫度對成形力的影響

        影響鋁合金塑性加工性能的因素較多,變形溫度是最關(guān)鍵的因素之一,鋁合金冷態(tài)下塑性加工性能較差,高溫時塑性變形能力得到大幅提高,鋁合金對變形溫度十分敏感。當坯料加熱溫度不足時,鋁合金變形抗力較大,導致成形力上升,并且批量生產(chǎn)的最后階段,模具溫度較低,此時坯料與模具接觸后降溫很快,從而導致鋁合金溫度降低,填充性能下降,這也是導致產(chǎn)生填充不足缺陷的主要原因,車輪鍛造成形過程如圖3所示。

        圖3 鋁合金客車車輪鍛造成形過程

        采用有限元軟件模擬本款鋁合金客車車輪鍛造成形過程,將模具溫度設(shè)置為400℃保持不變,分別考察坯料溫度為390℃、420℃、450℃和480℃情況時,鍛造成形力隨溫度變化而產(chǎn)生的不同;然后將坯料溫度設(shè)置為450℃保持不變,考察模具溫度為300℃、350℃、400℃和450℃情況時,鍛造成形力隨溫度變化而產(chǎn)生的不同。該鋁合金車輪材料選為6061鋁合金,上模速度設(shè)置為2mm/s,計算得到的車輪塑性應(yīng)變云圖如圖4所示,坯料溫度及模具溫度對鍛造成形力的影響關(guān)系曲線分別如圖5、6所示。

        圖4 車輪等效塑性應(yīng)變云圖

        圖5 坯料溫度對成形力的影響

        圖6 模具溫度對成形力的影響

        從圖5、6中可以看出,溫度的改變對鍛造成形力的影響較大,成形力隨模具及坯料溫度的降低而升高,所以應(yīng)該嚴格控制模具及坯料溫度,鍛造時高溫坯料應(yīng)避免與溫度較低的模具接觸,避免因激冷而導致坯料龜裂,在實際生產(chǎn)過程中,應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)實踐的情況考慮增設(shè)模具保溫裝置。

        摩擦系數(shù)對成形力的影響

        鋁合金車輪鍛造時需要保證模具型腔的表面光潔度,在模具加工過程中,模具各型面需要經(jīng)過拋光處理,并且在鍛造前模具需要保證潤滑劑噴灑均勻,從而有助于提高鋁合金鍛造時的流動性,改善成形條件。在有限元軟件中,將模具溫度設(shè)置為400℃,坯料溫度設(shè)置為450℃,分別考察摩擦系數(shù)f為0.05、0.1、0.2及0.3情況下鍛造成形力的大小,摩擦系數(shù)對成形力的影響關(guān)系曲線如圖7所示。

        從圖7所示的曲線走向中可以看出,模具與坯料之間的摩擦系數(shù)對鍛造成形力影響較大,成形力隨著摩擦系數(shù)的增大而增大,因此模具加工過程中應(yīng)該嚴格控制模具型面光潔度,實際生產(chǎn)中需要保證模具充分潤滑。

        圖7 摩擦系數(shù)對成形力的影響

        結(jié)束語

        ⑴采用有限元軟件對鋁合金車輪鍛造成形過程進行模擬,可得到鍛造過程中各個時刻車輪的成形填充情況以及成形力的數(shù)據(jù),為車輪開發(fā)和設(shè)計提供可靠依據(jù)。

        ⑵分別考察模具、坯料溫度及摩擦系數(shù)等因素對成形力的影響,結(jié)果表明成形力隨模具及坯料溫度的降低而增加,隨著摩擦系數(shù)增大而增大,生產(chǎn)時需要嚴格控制模具及坯料溫度,并且保證模具充分潤滑,本研究為實際生產(chǎn)中工藝參數(shù)的確定可起到指導作用。

        王利梅,碩士研究生,主要研究方向為車輪鍛造成形模具的研發(fā)。

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