王玉紅，馬廷威，龐 澤

（營(yíng)口理工學(xué)院，遼寧營(yíng)口 115014）

1 引言

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

2 鍛件圖的繪制

鐵路罐車中調(diào)整螺套如圖1中A處所示區(qū)域。每輛罐車使用8個(gè)調(diào)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(diào)整螺套圖

根據(jù)鍛件對(duì)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(duì)稱分模線。模鍛件的斜度選取內(nèi)拔模斜度為10°，外拔模斜度為7°。選取內(nèi)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(diào)整螺套的鍛件圖如圖2所示，調(diào)整螺套的材質(zhì)為Q235鋼。

圖2 調(diào)整螺套鍛件圖

3 鍛模設(shè)計(jì)和Deform模擬

3.1 鍛模結(jié)構(gòu)

根據(jù)上下模的結(jié)構(gòu)，選擇整體式模架，這樣可以縮短模具的設(shè)計(jì)周期，滿足當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)急的現(xiàn)狀。千噸摩擦壓力機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的螺桿和往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)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(jī)上進(jìn)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(jù)計(jì)算選取方鋼截面尺寸為70×70mm，長(zhǎng)度為275mm。把模具和坯料導(dǎo)入Deform中進(jìn)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(gè)部位的受力變化情況，通過(guò)截取鍛件的Y平面，得到剖面圖5所示。取P1、P2、P3、P4共4點(diǎn)。P1點(diǎn)處于端部，與P3點(diǎn)一樣，變形區(qū)域類似，都是最先接觸到受力的變化，在兩側(cè)受力，P3點(diǎn)的位置較P1來(lái)說(shuō)更靠近外端，用以對(duì)比兩點(diǎn)的受力情況；P2點(diǎn)在鍛件的中部，此區(qū)域變形較小，可以觀察到坯料心部的變化；P4點(diǎn)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(diǎn)圖

圖6 a為模擬鍛造結(jié)束時(shí)的等效應(yīng)力圖，此時(shí)等效應(yīng)力最大發(fā)生在中心的變形區(qū)和飛邊槽的倉(cāng)部位置，這是因?yàn)殄懺鞎r(shí)，這兩處變形最為激烈，受到的應(yīng)力相對(duì)較大。圖6b顯示在鍛造的初期等效應(yīng)力上升較快，在鍛造的中期，等效應(yīng)力變化較緩，而鍛造末期鍛造應(yīng)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(fā)生劇烈變形，促使等效應(yīng)力快速上升；鍛造中期時(shí)，材料變形相對(duì)均勻，鍛造末期等效應(yīng)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(cāng)部，進(jìn)一步促使坯料溫度的降低，另外此時(shí)模具上下模打靠，促使等效應(yīng)力急劇升高。

圖6 等效應(yīng)力圖

模擬過(guò)程中各點(diǎn)等效應(yīng)變曲線圖如圖7所示。

圖7 等效應(yīng)變圖

P2點(diǎn)的等效應(yīng)變較P1、P3兩點(diǎn)大，說(shuō)明在模擬過(guò)程中，中間部位的等效應(yīng)變要比端部的要大，此位置材料變形較大；P1點(diǎn)的有效應(yīng)變始終比P3點(diǎn)要大，說(shuō)明在端部的完成變形后，有效應(yīng)變的增加值較還繼續(xù)發(fā)生變形的部位；P4點(diǎn)的等效應(yīng)變超過(guò)P1點(diǎn)，說(shuō)明在凹模完成后形成飛邊槽所需的等效應(yīng)變?cè)黾?。因此，在模擬過(guò)程中的等效應(yīng)變分布情況也符合金屬塑性成形規(guī)律。這與文獻(xiàn)中的相關(guān)內(nèi)容闡述基本一致[4]。

通過(guò)分析可知，應(yīng)用70×70×275mm坯料，能夠生產(chǎn)出形狀飽滿的調(diào)整螺套，且坯料變形過(guò)程符合材料塑性變形規(guī)律。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于Deform對(duì)調(diào)整螺套模具鍛造過(guò)程進(jìn)行模擬，并對(duì)鍛造過(guò)程中坯料出現(xiàn)的等效應(yīng)力、等效應(yīng)變和破壞系數(shù)進(jìn)行了分析，從理論的角度說(shuō)明采用此鍛造模具能夠生產(chǎn)出形狀飽滿的調(diào)整螺套，為模具設(shè)計(jì)提供理論支持。