【正文】 來比較簡便。 DEFORM (Design Environment for FORMing)軟件是山美國 Battele Columbus 實驗室和俄亥俄州立大學精密成形工程中心共同開發(fā)的一套有限元分析軟件。 其目的是，揭示等溫鍛造過程中材料的流動規(guī)律和坯料的填充規(guī)律，并確定最佳的坯料形狀尺寸，為該結(jié)構(gòu)件等溫鍛造過程的 順利實施提供理論指導(dǎo)。 50 第 5 章 尾蓋塑性成形的有限元分析 引言 在熱變形過程中，鋁合金要經(jīng)受溫度和應(yīng)力雙重影響，其內(nèi)部組織變化非常復(fù)雜，是一種不穩(wěn)定的非可逆過程 ,也是一種大變形的非線性變形過程。 鍛壓設(shè)備的選擇 鍛造所需的鍛壓力可按經(jīng)驗公式 4— 8計算。 與此同時．模具表面膜在上述惡劣條件下，則粘附傾向小，抗粘結(jié)性好；當潤滑劑中加入極壓添加劑后．增加潤滑膜吸附能力和潤滑膜強度，避免潤滑膜易破裂。塑料與模具型腔工作面相對滑動速度高，冷變形壓力大，局部整變形溫度高。故應(yīng)有良好的化學穩(wěn)定性和絕熱性能。 結(jié)構(gòu)如圖 4— 12。 4． 3． 3 頂出機構(gòu) 為了能迅速地從模膛中頂出鍛件并使模具可靠地工作，在設(shè)計和制造中，對模具的頂出裝置應(yīng)給予足夠的重視。 其他尺寸及要求見 零件圖。對于鋁合金鍛件用鍛模，若其預(yù)熱溫度和工作溫度保持在 300～ 500℃ ，則收縮率為 %。當鍛件出模后冷卻到室溫，鍛件必須符合冷鍛件圖的尺寸要求。 該凹模選擇 5CrNiMo 來制造。 熱模鍛和等溫鍛造是對高溫的坯料進行打擊，變形金屬流動劇烈，鍛件與模具接觸時間較長。 該模具采用雙層組合凹模，只要是為了節(jié)省模具鋼，結(jié)構(gòu)如圖 4— 10。對于圓形的凹模，可按受內(nèi)壓的厚壁圓筒計算公式近似計算。 模具零件的設(shè)計 鍛造模具主要零部件包括上下模座、上下模墊板、 凸凹 模、 應(yīng)力預(yù)緊圈、 43 導(dǎo)柱、導(dǎo)套、頂出機構(gòu)。 42 圖 48 模鍛件常用沖孔連皮 (5)確定毛坯的形狀和尺寸 為了確定坯料的尺寸規(guī)格，先要計算出坯料的總體積。常用連皮有四種形式 ：平底連皮、斜底連皮、帶倉連皮、拱底連皮。 圓角半徑直接影響模鍛時金屬的流動、模腔充滿、模鍛力、模具磨損、鍛件切削加工量和鍛件轉(zhuǎn)角處流線的切斷等。鍛件部分公差如圖 4— 6。 表 4— 1 模鍛件內(nèi)外表面加工余量（ JB383485） 39 查 表 4— 1得該零件的加工表面的加工余量為 ~，這里定為 2mm。 1） 加工余量的制 定 公差余量根據(jù) JB383485標準所規(guī)定的原則，應(yīng)考慮下列因素：公差等級、鍛件質(zhì)量、 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) 。在確定模鍛鍛件圖時需預(yù)先考慮鍛件的分模面、加工余量、鍛造公差、工藝余塊、模鍛斜度、及圓角半徑等因素。 精密模鍛也分為開式精密模鍛和閉式精密模鍛，其成形原理跟普通的模鍛原理一樣。 （ 1） 生產(chǎn)精化毛坯 生產(chǎn)精度較高的零件時利用精 鍛工藝取代粗切削加工，即將精鍛件直接進行精加工而得到成品零件。用精密模鍛生產(chǎn)的直齒圓錐齒輪齒形不需再進行機械加工，齒輪精度可達到 7級。因此，普通擠壓變形的金屬流動規(guī)律也適用于對應(yīng)的閉式擠壓模鍛。 閉式模鍛按變形金屬充滿模膛的方式可分為鍛粗式和擠壓式兩類 。同開式模鍛相比，閉 式模鍛可大大投高金屬材料的利用率和鍛件精度 。阻 力小，模膛充不滿；阻力過大，能量消耗大，并加快模具磨損。當金屬充滿模膛以后，此時鍛件的高度仍比所要求的要高，輪廓也不清晰。第二階段為充滿模膛階段，金屬被擠入型腔，在分模面上的直徑繼續(xù)擴大， 33 并流入飛邊槽。在模鍛過程小，隨著上下模的逐漸閉合，金屬在充滿模膛的 同時，多余金屬流入飛邊槽形成飛邊。上下模閉合后所形成的空腔 A 稱為模膛或者型腔，其形狀與熱態(tài)鍛件相同。 模鍛的分類和成形特點 模鍛是指在外力作用下，利用模具迫使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形并充滿鍛模型腔的一種塑性加工方法。 熱電偶用螺紋固定在上下模板上，安裝尺寸為： 81M? 、長度 L=15mm。C以上 )2年 (1186。 圖 3—4 高溫粘合劑是一切保溫材料制品的輔助產(chǎn)品，供硅酸鋁纖維制品、巖棉、礦棉板微孔硅酸鈣絕熱制品等耐火、保溫材料、自身粘結(jié)或與鋼管道、金屬平壁的粘結(jié)之用，也可用于耐火磚、泡沫磚等材料的砌筑。 模具的預(yù)熱方法有：電加熱器加熱、煤氣加熱、天然氣加 熱等，本鍛造過程選用 電阻絲鑲嵌式加熱板 。25 177。15 177。5 177。 等溫鍛造過程中要對坯料加熱和模具的預(yù)熱。 表 2— 5 1804m 級的部分公差值 1804 m級 線性（ mm） 3~6 6~30 30~120 公 差 ? ? ? 倒圓角 3~6 6~30 公差 ? 1? 角度（角的長邊 mm） 50~120 公差 20? 零件功能允許的公差常常是大于一般公差，所以當零件任一要素偶然地超出一般公差時，零件的功能通常不會被損害，只有 當零件的功能受到損害時，超出一般公差的工件才能被拒收。 一般公差分精密 f，中等 m，粗糙 c，最粗 v，四個公差等級 。 尾蓋的 工程圖以及技術(shù)要求如 圖 2— 4。但是，由于影響因素比較復(fù)雜，使得理論上不易準確地計算。 圖 2— 2 消聲器尾蓋零件的三維圖 根據(jù)上圖，可分為兩個部分：一是底部的圓柱體，二是帶有八個較薄的肋的薄壁圓筒， 其薄壁厚度只有 3mm。 鍛件形狀 如齒輪坯、輪轂、軸承、突緣等旋轉(zhuǎn)體鍛件最適合于整體凹模模鍛。一般模鍛用鋁合金、鎂合金等輕金屬和有色合金，因為模鍛溫度低，不易產(chǎn)生氧化、模具磨損小且鍛件表面粗糙皮低等，適宜于采用閉式精密模鍛。 又有研究表明： 工業(yè)供應(yīng)態(tài) LY12鋁合金棒材在未經(jīng)超塑性預(yù)處理的情況下具有超塑性，在變形溫度為 753K、應(yīng)變速率為 3． 3 4110S?? 的拉伸變形條件下，斷裂延伸率為 313％ ，應(yīng)變速率敏感性指數(shù) m值約為 0． 33。圖 21所示為 569℃時使用普通鋼刀切割合金坯料的切口形貌圖。 ②顯著提高金屬材料的塑性，毛坯的冷卻速度和變形速度均降低，因而大大降低了材料的變形抗力 。在選擇潤滑劑時要注意不能對模具有腐蝕作用，也不能污染成形件表面材料。然而這類材料易于發(fā)生高溫氧化，他們研究了相應(yīng)的防護措施，現(xiàn)在這類模具材料的應(yīng)用尚在探索階段。等溫鍛造過程變形材料中常發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，從而使鍛件中的組織呈均勻的等軸細晶形態(tài)。因此這些等溫鍛造中有一個從一般的塑性成形過渡到超塑件成份的過程。 等溫鍛造 技術(shù) 等溫鍛造的主要特點是模具與成形件處 于 基本相同的溫度，因此需要帶有模具加熱及控溫裝置。 塑性成形分冷成形、溫成形和熱成形。金屬材料經(jīng)成形過程后，其組織、性能獲得改善和提高。 (6) 粘模、起皮和表面粗糙 17 鋁合金因質(zhì)地很軟，外摩擦系數(shù)大，最容易粘模，這 不 僅會引起鍛件起皮，使鍛件表而粗糙，有時甚至因 不 能脫模而中斷生產(chǎn)。鋁合金鍛件的內(nèi)部裂紋主要是 由 于坯料內(nèi)部存在有粗大的氧化物夾渣和低熔點脆性化合物，變形時在拉應(yīng)力和切應(yīng)力的作用 下 產(chǎn)生開裂， 不 斷擴大。 (3) 大晶粒 鍛鋁和硬鋁很容易產(chǎn)生大 晶 粒， 它 們主要分布在鍛件變形 程度小而尺寸較大的部位、變形程度大和變形激烈的區(qū)域以及飛邊區(qū)附一近。產(chǎn)生折疊的原因有 :鍛件各斷 面 形狀和大小變化太劇烈，難以制坯，使金屬流動復(fù)雜 ； 形狀復(fù)雜的鍛件，沒有預(yù)制坯 16 和預(yù)鍛，或者預(yù)制坯和預(yù)鍛模膛設(shè)計 不 合理，與終鍛模膛配合 不 當，局部金屬過多或過少 ； 操作失誤，潤滑 不 均，加壓速度太快等。 表 2— 4 鋁合金鍛造溫度范圍 （ 5）流動性差 所謂流動性是指合金在外力作用 下 充填鍛模型腔的能力，它主要取決于合金的變形抗力 和外摩擦系數(shù)。 表 2— 3 各種鍛壓設(shè)備上的變形速度 （ 4） 鍛造溫度范圍窄 鋁合金的鍛造 溫 度范圍一般都在 150C? 以內(nèi)，少數(shù)高強度鋁合金的鍛造溫度范圍甚至小到 100 C? ，相關(guān)資料表明，其變形溫度基 本 上在350C? ~500C? 之間。一般在低溫范圍內(nèi)變形抗力對變形速度的變化 不敏感，而在高溫 下 (鍛造溫度范圍 )則比較敏感，變形速度增大，變形抗力增大。 （ 3）對應(yīng)變速率敏感 變形速度對鋁合金 工 藝塑性的影響主要取決于合金加 工 硬化和再結(jié)品軟化速度之間的關(guān)系。低碳鋼可以鍛出的各種形狀的鍛件，用鋁合金都可鍛出來。 6061 鋁合金的鍛造溫度范圍為500C? ~380C? 。鍛鋁基木是 A1CuMgSi系合金和 AICuMgFeNi 系合金，主要用于生產(chǎn)鍛件。 根據(jù)我國冶金 工 業(yè)部頒布的標準 (YB60466)，變形鋁合金按其使用和 工 藝性能分為 :防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁等四類。至于改裝零件、賽車零件市場，鋁合金制的產(chǎn)更是比比皆是，很多諸如升高腳踏、車把、發(fā)動機零件等，都是以一些高性能的鋁合金作為原材料制作而成的。 鋁合金具有密度小、比強度和比剛度高、塑性好、易于成形、工藝簡單、成本低廉等特點，在非民用的領(lǐng)域，廣泛用于制作飛機構(gòu)件（蒙皮、框架、翼梁等）。 鋁合金 6061的一般特性 鋁合金簡介 鋁是地殼中分布最光桿的元素之一，約為 %。 鍛造 模具的計算機輔助設(shè)計也是模具優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。 鍛造 模設(shè)計要通過試生產(chǎn)來驗證，然后又要通過對模 具 修正以達到所需要控制的斷面尺寸、平直度和表面質(zhì)量的要求。目前，國內(nèi)對復(fù)雜鋁合金鍛件的生產(chǎn)發(fā)展緩慢，生產(chǎn)成本大、費用高，無法滿足需求。在鍛造技術(shù)上，也呈現(xiàn)明顯的特征 :1)即由簡單的單工位墩粗和擠壓成形，向多工步、多種成形方法復(fù)合方向發(fā)展 。正在研發(fā)高強鋁合金 7075代替?zhèn)鹘y(tǒng)的合金結(jié)構(gòu)鋼鍛造重型卡車主軸等大型鍛件的工藝。在汽車鍛件方面，盡管卡車用模鍛件已全部由我國自己生產(chǎn)，但轎車模鍛件由于多數(shù)車型的知識產(chǎn)權(quán)不在我們手中，大部分仍然需要進口。因而鍛造也面臨一個國內(nèi)由于汽車業(yè)的發(fā)展，國際上全球采購的良好發(fā)展機遇，因此鍛造企業(yè)應(yīng)加大企業(yè)的技改，大力采用打擊能量可控的離合式螺旋壓力機和熱模鍛壓力機，并配以楔橫軋，輥鍛制坯工藝，工件傳送逐步向手工操作向自動化操作過渡。能源利用率只達 32%，日本為 57%，而每百萬美元 GDP的 二氧化碳 排量 ，是日本的 ，印度的 。 表 1—1 世界鍛件產(chǎn)量分析 表 1—2 世界鍛件使用分布情況 8 我國鍛壓業(yè)與世界先進國家的差距 (1)鍛件類別的差距 日本作為當今世界上鍛壓業(yè)最先進的國家，其模鍛件占總量的 %，自由鍛件占 %，環(huán)形件占 %，我國模鍛件占 65%，自由鍛件占 35%；日本在模鍛件中冷鍛件占 %，我國約占 1%（不包含標準件）；日本鋁鍛件占 %，我國占 %。在國外，塑性加工技 術(shù)精確化已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，據(jù)有關(guān)資料介紹，美國 F22戰(zhàn)斗機的 鈦 合金隔框，在超塑性條件下，一次整體成形。 至今，現(xiàn)代塑性加工技術(shù)正向智能化、精確化和自動化方向發(fā)展。 在過去的 10年，全球鋁合金汽車輪轂產(chǎn)量的年平均增長率達 ％。其發(fā)展速度遠遠高于其他金屬材料，是消費量僅次于鋼鐵的金屬。本文使用大型鍛造專用軟件 DEFORM3D對 鋁 合金 6061復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等溫鍛造過程進行了模擬 ，充分了解金屬的流動規(guī)律、應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，用三維軟件（ PRO/E）的有限元分析模塊分析了模具的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律，為鍛造 和模具設(shè)計 過程提供有參價值的數(shù)據(jù)，從而可以減少試模時模具破裂的機率。 6061鋁 合金中的主要合金元素為鎂與硅，具有中等強度、良好的 可成型性 、 抗腐蝕性、可焊接性 、 氧化效果較好 ， 而且它的相變溫度和鍛造溫度均較低，非常適合采用等溫模鍛方法制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。 1 畢業(yè)設(shè)計論文 題 目：摩托車鋁合金消聲器尾蓋鍛造模具 計算機輔助 設(shè)計 2 摘 要 目前，摩托車上用到的合金材料有鋁合金、鎂合金及鈦合金等，這幾種合金材料以其各自獨特的優(yōu)勢，贏得了在摩托車 市場 上重要的一席之地 ， 尤其是鎂合金和鋁合金，其廣泛的應(yīng)用形勢被眾多業(yè)內(nèi)人士看好 。 鋁合 金制品，其重量輕、抗沖擊、耐用等方面優(yōu)勢， 是減輕重量和提升產(chǎn)品性能的重要材料之一。 有限元數(shù)值模擬己經(jīng)逐漸發(fā)展成為研究鍛 造過程的有效工具。世界各國均將鋁合金及其產(chǎn)業(yè)作為重點發(fā)展方向。 例如汽車上重要的零件 輪轂 就有 逐漸 鋁合金化和以鍛造為主的趨勢。在近些年，鍛造鋁合金輪轂的增長速度比鑄造輪轂的增長速度快得多，因為前者有更高的性能價格比。特別是在航空航天領(lǐng)域里， 7 由于對鍛件質(zhì)量的要求苛刻，原材料的價格昂貴，所以對于從事飛行器制造的企業(yè)來說，塑性加工技術(shù)精確化不僅使制造成本大為降低，而且可以提供優(yōu)