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        基于數(shù)值模擬的起動導(dǎo)向筒異形腔成形工藝

        2013-10-11 14:09:56江蘇森威集團有限責(zé)任公司大豐224100
        金屬加工(冷加工) 2013年19期
        關(guān)鍵詞:型腔異形成形

        江蘇森威集團有限責(zé)任公司 (大豐 224100) 楊 進(jìn)

        鹽城工學(xué)院 (江蘇 224051) 王 平

        汽車起動導(dǎo)向筒是汽車起動系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件,如圖1所示。其上部為異形型腔,下部為螺旋漸開線內(nèi)花鍵,采用切削工藝加工,效率低,成本高,內(nèi)在質(zhì)量差,已遠(yuǎn)不能滿足汽車生產(chǎn)廠家對零件的性能要求。

        圖1 起動導(dǎo)向筒

        本文針對起動導(dǎo)向筒上部異形型腔的結(jié)構(gòu)特點提出了一次性反擠壓成形方法,基于DEFORM-3D軟件進(jìn)行成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究,通過模擬獲得了材料流動、速度場、應(yīng)力和應(yīng)變場的分布規(guī)律以及載荷-行程曲線。經(jīng)可視化分析較好地預(yù)測成形過程可能產(chǎn)生的缺陷(如角部充不滿、折疊、回流和斷裂等),并在此基礎(chǔ)上對成形工藝進(jìn)行完善。

        1.成形工藝描述

        起動導(dǎo)向筒上部異形型腔的精度為IT7~I(xiàn)T8級,根據(jù)導(dǎo)向筒的結(jié)構(gòu)特點,通過研究分析,我們確定該導(dǎo)向筒工藝流程為:

        下料→剝皮→球化退火→拋丸→前處理→正擠壓→墩粗→鉆孔→球化退火→拋丸→前處理→反擠壓型腔(見圖2)。

        2.有限元分析

        (1)幾何模型的建立 由于DEFORM-3D不具備幾何建模功能,所以三維幾何模型要在其他三維軟件中建立。本文使用UGNX軟件進(jìn)行幾何建模,并將其存儲為.STL格式。圖3a為擠壓前的毛坯圖,圖3b、圖3c分別為凸模、凹模的三維幾何模型。

        圖2 冷擠壓工藝圖

        圖3 有限元分析幾何模型

        (2)數(shù)值模擬參數(shù)的選擇 根據(jù)分析要求,確定數(shù)值模擬參數(shù)為:成形溫度20℃,沖頭擠壓速度12mm/s,摩擦系數(shù)0.12,網(wǎng)格單元173801,毛坯材料AISI-steel-5120。鑒于結(jié)構(gòu)的對稱性,去1/2作為分析對象。

        (3)壓力行程曲線 由壓力-行程曲線圖4的分布可以看出,擠壓初期金屬開始填充模腔,擠壓力增加較快(A點前);當(dāng)金屬即將填充滿模腔時,擠壓進(jìn)入基本穩(wěn)定狀態(tài)(A點到B點),這時擠壓力波動較小,最大擠壓力約為1570kN。

        (4)等效速度場分析 圖5為金屬流動等效速度圖。從圖中我們可發(fā)現(xiàn)在擠壓初期材料變形速率較大,進(jìn)入基本變形階段時,材料僅發(fā)生剛性平移,變形區(qū)的流動速率幾乎相同,沒有發(fā)生突變,金屬充填順利。

        (5)等效應(yīng)變場分析 圖6為金屬流動等效應(yīng)變圖。圖中顯示最大應(yīng)變發(fā)生在沖頭與坯料接觸的底部,隨著沖頭下壓量的增加,上部的等效應(yīng)變有所降低,應(yīng)變變化均勻。

        圖4 壓力-行程曲線

        圖5 等效速度場

        圖6 等效應(yīng)變場

        3.結(jié)語

        運用DEFORM軟件對汽車起動導(dǎo)向筒成形過程進(jìn)行模擬,能較好地獲得成形過程中金屬流動及成形力等變化規(guī)律,實際應(yīng)用中,金屬塑性成形良好,表面無明顯缺陷,成形件達(dá)到了設(shè)計要求。

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