【正文】 段所需的變形力不大，但在最后階段變形力突然升高，所需最大變形力達(dá)到4740KN，這與實(shí)際生產(chǎn)狀況也是相符合的。我們對制坯預(yù)鍛過程進(jìn)行了多次模擬，每一次模擬相當(dāng)于進(jìn)行了一次工藝試驗(yàn)。 凸緣叉預(yù)鍛模擬的前處理過程與鐓粗過程相似，其中主要計(jì)算條件假設(shè)如下： (1) 網(wǎng)格數(shù)35000，初始節(jié)點(diǎn)數(shù)7546；(2) 上模總行程24mm，模擬步數(shù)設(shè)為68,其他參數(shù)如上所述。其他參數(shù)如上所述。其中模擬中主要計(jì)算條件假設(shè)如下：(1) 單元類型 離散單元數(shù)35000，初始節(jié)點(diǎn)數(shù)7591；(2) 其他計(jì)算條件 ，為便于材料收斂且省時(shí)，DEFORM中每步的步長可根據(jù)變形體單元長度的1/3左右來估算，模擬步數(shù)設(shè)為186。摩擦模型采用剪切模型，也稱之為塑性摩擦，或者Tresca模型，它表示為： fs=mk=m (35)式中,fs—剪切摩擦因子k—剪切屈服強(qiáng)度模具為剛性體，與坯料之間的摩擦采用常摩擦模型，；本次課題，即選取摩擦因子 fs = (6)熱傳導(dǎo)：模具與坯料之間的熱傳導(dǎo)也采用常系數(shù)模型，換熱系數(shù)為5。本次課題材料始鍛溫度設(shè)為1200。 因?yàn)橄铝蠟棣?0mm67mm，所以需要進(jìn)行一次橫向鐓粗制坯工部，從而使坯料厚度減小，使之側(cè)放入預(yù)鍛模膛中，此模具設(shè)計(jì)要求不太高，可進(jìn)行自由鍛制坯，其示意圖如圖210 圖 210 制坯示意圖 the diagrammatic sketch of Manufacturing blank 本章對所研究的五菱凸緣叉進(jìn)行了工藝分析，確定了熱加工工藝相關(guān)參數(shù)，給出了凸緣叉的鍛造工藝流程，進(jìn)行了其制坯、預(yù)鍛、終鍛模具設(shè)計(jì)，并繪制了毛坯圖、鍛件及制坯模具、預(yù)鍛模具、終鍛模具三維立體圖形。毛坯體積為：V=(1+k) V因?yàn)橛汕懊婵傻肰=101067（mm2）所以 V=131387（mm2）毛坯直徑：dp=(~) =，式中 k——寬裕系數(shù)，考慮到鍛件復(fù)雜程度影響毛坯體積，并計(jì)及火耗量。=5670（mm2）然后根據(jù)計(jì)算得到的 h= 值查鍛造手冊，可以確定其他尺寸，進(jìn)而可得 h=,h1=,b=9mm,b1=25mm,R1=1mm。圖23c用于鍛件形狀復(fù)雜，坯料體積偏大的情況，圖23d設(shè)有阻力溝，用于鍛件難以充滿的局部位置。對于薄而寬或細(xì)而長的鍛件，在模具中冷卻快，或打擊次數(shù)多而使終鍛溫度較低，其收縮率應(yīng)該適當(dāng)減小，有些工廠采用按不同厚度加放收縮率，見表 21截面厚度（mm） 一般鋼 奧氏體鋼銅合金 鋁合金 鎂合金 鈦合金 5~~~ ~5~10~~~ ~10~15~~~~15~~表 21 因本課題鍛件材料為45鋼，厚度在10 ~15間，%。連皮厚度s應(yīng)適當(dāng)，若過薄，鍛件容易發(fā)生鍛不足和要求較大的打擊力，從而導(dǎo)致模具凸出部分加速磨損或打塌；若連皮太厚，雖有助于克服上述現(xiàn)象，但是沖出連皮困難，容易使鍛件走樣，而且浪費(fèi)金屬。鍛件圖根據(jù)零件圖設(shè)計(jì)，分為冷鍛件圖和熱鍛件圖兩種。該凸緣叉成形難度大，成形的難點(diǎn)在于頂部凸緣處以及側(cè)壁凹陷處。DEFORM3D延續(xù)了DEFORM系統(tǒng)幾十年來一貫秉承的力保計(jì)算準(zhǔn)確可靠的傳統(tǒng),在最近的國際范圍復(fù)雜零件成形模擬招標(biāo)演算中，DEFORM3D的計(jì)算精度和結(jié)果可靠性，被國際成形模擬領(lǐng)域公認(rèn)為第一。本文主要采用DEFORM一3D軟件進(jìn)行十字軸成形過程的模擬計(jì)算。DEFORM軟件采用剛(粘)塑性本構(gòu)關(guān)系，其基本方程是對Euler坐標(biāo)系建立的。有限元模擬在成形中的應(yīng)用是近十幾年來各種有關(guān)成形的國內(nèi)和國際會議的重要論題，鍛造成形一般是三維問題，但二維模擬是目前的主要工程應(yīng)用。世界各地的研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)也開發(fā)了一批規(guī)模較小但使用靈活的專用或通用有限元分析軟件，主要有德國的ASKA，英國的PAFEC，法國的SYSTUS，美國的DEFORM、ABAQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和ATARDYNE等。它廣泛應(yīng)用于彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和人們對鍛造技術(shù)基本規(guī)律尤其是材料本構(gòu)關(guān)系和邊界條件研究的深入，模擬中將采用越來越精確的計(jì)算模型，更深刻地結(jié)實(shí)材料的各種物理性能，力學(xué)性能和細(xì)觀、微觀組織性能與成形工藝的關(guān)系，以更短的模擬時(shí)間計(jì)算出更精確的模擬結(jié)果[9]。 塑性加工數(shù)值模擬的發(fā)展現(xiàn)狀 近幾十年來，有限元數(shù)值模擬技術(shù)由于其強(qiáng)大的運(yùn)算能力，能夠模擬材料流動等異常復(fù)雜的鍛造過程，越來越顯其優(yōu)越性。因此，在劃分有限體積單元時(shí)，Euler網(wǎng)格的范圍必須包含材料所有可能流經(jīng)的區(qū)域。但對于復(fù)雜、大變形塑性成形問題，由于有限元采用拉格朗日坐標(biāo)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)隨著材料運(yùn)動，變形程度大時(shí)，會使網(wǎng)格單元嚴(yán)重變形，甚至?xí)惯吔缇W(wǎng)格與模具表面出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，嚴(yán)重影響計(jì)算精度。塑性加工工藝模擬時(shí)采用的分析方法大致分為三類：（1）解析法，主要包括主應(yīng)力法、滑移線法和上限法，它們都屬于塑性力學(xué)中的經(jīng)典解法；（2）實(shí)驗(yàn)/解析法，即實(shí)驗(yàn)與解析的綜合方法，有相似理論法和視塑性法；（3）數(shù)值模擬法，它是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用而產(chǎn)生的，包括有限元法、有限體積法、有限差分法和邊界元法[6]。另一方面，數(shù)值模擬方法以圖形或動畫的形式表達(dá)金屬的變形過程，以及各個(gè)物理量隨時(shí)間和空間的變化，因此具有直觀、形象的特點(diǎn)。經(jīng)機(jī)械加工后其缺陷反映不穩(wěn)定，影響了零件的質(zhì)量，造成廢品，增加了零件的成本。目前，凸緣叉大都帶一個(gè)平法蘭，但也有帶一個(gè)花鍵齒法蘭的，帶有法蘭盤的，帶凸緣的，帶翼元的，折邊的。調(diào)查資料表明，濟(jì)南某汽車零件鍛造廠的模具費(fèi)一年在2000萬元左右。模具的設(shè)計(jì)與制造合理與否，直接決定著能否生產(chǎn)出滿足要求的制品。2003我國年的鍛件產(chǎn)量為300萬噸左右，模鍛件產(chǎn)量為200萬噸左右。從最初鍛造農(nóng)具和制造盔甲，到現(xiàn)在生活中隨處可見的千千萬萬的鍛造產(chǎn)品，都證明了這一技術(shù)對人類的寶貴價(jià)值。鍛造作為金屬加工的一種重要工藝方法，它不僅生產(chǎn)效率高、原材料消耗少，而且可以有效地改善金屬材料的力學(xué)性能和組織。隨著中國汽車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，鍛件的需求量會持續(xù)增長。近年來，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、金屬塑性流動理論和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等交叉學(xué)科的迅猛發(fā)展，有限元數(shù)值模擬技術(shù)得到了快速發(fā)展，以數(shù)值模擬等先進(jìn)方法解決工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題已成為金屬成形技術(shù)的發(fā)展方向。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車零部件中對高精度、形狀復(fù)雜鍛件的需求量越來越大。當(dāng)然，無論選用哪種方法，都要滿足優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)約和經(jīng)濟(jì)的原則。而鋼質(zhì)模鍛件容易切削。 當(dāng)前針對凸緣叉的熱成型的工藝發(fā)展有兩大趨勢：一是凈成形或少無機(jī)加工熱成形工藝；二是以模擬仿真作為模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，采用三維體積成形模擬分析軟件對汽車用傳動軸凸緣叉的成形過程進(jìn)行模擬分析，解決原工藝存在的充不滿、折疊及變形不穩(wěn)定等缺陷，確立成形優(yōu)化工藝。有限差分法和邊界元法在塑性問題中應(yīng)用比較少。另一方面，也可以采用別的方法來避開網(wǎng)格再劃分，基于Euler網(wǎng)格的有限體積法就是其中的一種最具代表性的方法。離散方程的物理意義，就是因變量在有限大小的控制體積中的守恒原理，如同微分方程表示因變量在無限小的控制體積中的守恒原理一樣。從塑性有限元模擬技術(shù)的發(fā)展看，它已經(jīng)走出了單純?yōu)槔碚摲治龆M(jìn)行模擬的探索階段，廣泛應(yīng)用于一般工業(yè)生產(chǎn)中。其中，前置處理部分和后置處理部分又是建立在計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)(或平臺)的基礎(chǔ)之上。目前，有限元法仍在不斷發(fā)展，理論上不斷完善，各種有限元分析程序包的功能越來越強(qiáng)大，使用越來越方便。有限元分析軟件是一種集多種科學(xué)與工程技術(shù)于一體的綜合性、知識密集型產(chǎn)品，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，知識經(jīng)濟(jì)的到來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和全球信息化，它們將有更大的發(fā)展，不僅功能會進(jìn)一步擴(kuò)充，性能會進(jìn)一步提高，而且伴隨網(wǎng)絡(luò)化、智能化，特別是多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，用戶界面也會有全新的變化[10,11,]。其前身是20世紀(jì)80年代早期美國Battelle研究院在美國空軍系統(tǒng)有關(guān)基金的資助下開發(fā)的有限元計(jì)算程序ALPID(Analysis of Large Plastic Incremental Deformation)。其中，有限元模擬器是集彈性、彈塑性、剛(粘)塑性、熱傳遞于一體的有限元求解器。在要求精度較高的區(qū)域，可以劃分較細(xì)密的網(wǎng)格，從而降低題目的規(guī)模，并顯著提高計(jì)算效率。 課題來源及研究對象、目的意義 課題來源本課題是許昌某鍛造公司的生產(chǎn)研究項(xiàng)目，該廠生產(chǎn)五菱凸緣叉鍛件，如圖12所示。第二章：五菱凸緣叉鍛件的熱成形工藝和模具設(shè)計(jì)。其三維立體圖形如圖22 , 圖22 鍛件三維立體圖 the shape of the threedimensional forging 結(jié)合鍛件圖和其三維圖形可得到如下： 1 確定分模面模鍛件是在可分的模腔中成形，組成模具型腔的各模塊的分合面稱為“分模面”；分模面與鍛件表面的交線稱為分模線。連皮厚度s可根據(jù)公式21計(jì)算確定： (mm) (21)d=34mm,h=5mm,代入計(jì)算，得s=。（5）分模面兩側(cè)形狀不對稱的鍛件，考慮到金屬的流動特點(diǎn)，將難以充填的復(fù)雜形狀一側(cè)放在上模。（3）毛邊槽尺寸的確定 毛邊槽的關(guān)鍵尺寸是橋部高度hf及寬度b。 模塊結(jié)構(gòu)尺寸確定由以上可知此次鍛造噸位為1t，故由模塊高度與鍛造噸位關(guān)系圖，如表25，從而可以鍛錘噸位/t123510模塊最小高度/mm220260290330360模塊最大高度/mm290330370420460表25the table 25取h=220mm。鍛壓過程中，金屬向上充填叉形頭部，同時(shí)從兩側(cè)壁上凹陷處流出，由于叉形部分高徑比較大，且側(cè)壁凹陷處較深，金屬流動較為困難，一次成形難度很大，所以需要進(jìn)行預(yù)鍛。參數(shù)的設(shè)置要應(yīng)確保模擬環(huán)境盡量符合實(shí)際工作條件，因?yàn)檫@里的參數(shù)設(shè)置對后續(xù)的模擬過程的計(jì)算起決定性作用。C，模具預(yù)熱溫度為300。(9) 設(shè)備噸位：10000kN水壓機(jī)。從圖中可以看出由于凸緣叉凸緣部分相對較高，而側(cè)壁凹陷處又較深，所以鍛造時(shí)在這兩處部位難以充滿，且毛邊較厚，圖34與圖35分別是其鍛造結(jié)束時(shí)的等效應(yīng)力、等效應(yīng)變圖，由圖可以看出在凸緣叉中部變形劇烈，其應(yīng)變、應(yīng)力非常大，而凸緣頂部以及側(cè)壁凹陷處則是應(yīng)力應(yīng)變較小以至于金屬無法擠壓進(jìn)去填充，進(jìn)而造成充不滿現(xiàn)象。 為等效應(yīng)變場分布圖，由于摩擦的影響，可以看出毛坯兩端應(yīng)變小，中部應(yīng)變較大，心部應(yīng)變較小，而圓柱兩端部分應(yīng)變較大 。，從圖可以看出預(yù)鍛件叉形頂部沒有完全充滿，側(cè)壁凹陷處與底部側(cè)角處也一樣，但是整體上基本充滿，符合設(shè)計(jì)形狀，幾乎沒有飛邊，并且已經(jīng)使坯料分開，這樣就非常有利于終鍛成形，在設(shè)計(jì)上已經(jīng)達(dá)到預(yù)鍛要求。凸緣叉終鍛模擬的前處理過程與以上過程相似，其中主要計(jì)算條件假設(shè)如下： (1) 網(wǎng)格數(shù)35000，初始節(jié)點(diǎn)數(shù)7723；(2) ，模擬步數(shù)設(shè)為142。因此，這種鍛造方案能夠獲得預(yù)期效果，可以鍛造出滿意的產(chǎn)品。（3） 通過模擬仿真可以清楚得出坯料在其成形過程中的變形規(guī)律，這為提高材料的組織性能，避免缺陷的產(chǎn)生將會大有幫助致謝四年的大學(xué)學(xué)習(xí)就要結(jié)束了，首先向材料學(xué)院表示感謝，感謝為我提供學(xué)習(xí)的機(jī)會，感謝材料系的老師和領(lǐng)導(dǎo)在學(xué)習(xí)、工作等方面給予的許多幫助和教