【文章內容簡介】 運動規(guī)律已經說明了，現(xiàn)只對其工藝性進行分析。NRR法的彎曲運動和水平運動是不相聯(lián)系的，所以相較于RR法的它可以完成鐓粗措鍛終端的三步成型法。兩種機構的動作對比如圖 a一步動作 b三步動作注：（a中的θ為模具滑塊的角度b中的θ為錯鍛時水平速度與彎曲速度的正切） 由于增加了預鐓粗工序，前期的鐓粗不會像RR法那樣會受到上沖頭運動影響，從而使得更多的材料進入曲肩，特別是曲肩上部。然后在利用復合機制，分配上下兩部分的材料，這樣就可以避免RR法中下部下部分過于充滿而上部分存在缺陷的問題。在NRR由于預鐓粗和錯鍛角都會影響到材料的轉移分配，本文將注重對這兩個問題進行分析研究。 光棒的采用 RR鐓鍛法的主要工藝流程為鑄錠、初鍛、粗加工臺階軸毛坯、感應加熱、RR鍛造、熱處理、材料性能檢驗和尺寸、機加工和最終檢查。在RR鍛造時，鍛件毛坯采用的是經過鍛打后的棒料，再機加工切去主軸頸和拐頰銷處多余的金屬成形的臺階軸。在采用機加工臺階軸的過程中，不但浪費了原材料，增加了工作量，延長了生產周期，還切斷了大量的金屬纖維。在三步鍛造法可以實現(xiàn)的情況下，通過預鐓粗可以使光棒毛坯鐓粗為類似為臺階的糖葫蘆狀，在拐頰橫截面積和主軸橫截面積比例不很大的情況下，拐頰成形所需的金屬量完全可以通過預鐓粗來得到。所以本文嘗試光棒毛坯的曲軸鐓鍛成形。 由于沒有更多的相關的NRR法成型的材料可以參考，暫時先使用是先前RR法成型時的模具，在模擬后根據(jù)型腔的充滿情況在做進一步的修改。在第二章時已經分析過這里不在進行細述（1） 計算條件：底面直徑245mm，長度955mm。（2） 初始網格劃分：50000。（3） 材料模型：ios1035。（4） 初始溫度設置：工件1100，模具20，熱傳導系數(shù)11.（5） 摩擦因子：（6） 速度，水平速度去40mm/s彎曲速度由錯鍛角決定 因為NRR法成型時會受到第一鐓粗比和錯鍛角的影響，在沒有確切的生產數(shù)據(jù)下，現(xiàn)先采用一個初始的第一鐓粗比和錯鍛角進行實驗，然后再根據(jù)所得的場息和成型情況在更改。初次實驗的第一鐓粗比為30%錯鍛角取25176。 為了更好的說明金屬流動時的狀態(tài)，將在橫截面和縱向截面上用速度場來進行分析橫截面為曲肩位置，縱截面為最大截面處。a）（鐓粗結束）b）彎曲74mmc）（彎曲結束）d） e） f ） 側模移動259mm（閉模） f1）閉?？拷鬏S頸截面 f2）閉模中間面 f3 )閉?？拷那疹i面 在前面NRR法成型原理中已經說過NRR法的成型過程可以分成鐓粗，彎曲鐓鍛，和終端三個不部分，其中后兩個部分可以統(tǒng)一看成約束鐓鍛。，其和一般的鐓粗變形沒有太大的區(qū)別；兩側的材料被鐓粗形成鼓形材料上下兩側等量流動，而中間的曲拐頸部分因為在上下沖頭的限制下沒有變形，可以將這一部分看成剛體（中間部分顯示有微小的回旋速度這可能是在附近材料向上下流動影響下產生的。）在復合變形階段，由于曲拐頸部分在上沖頭的作用下向下運動，而這個速度遠大于左右兩側材料向下流動運動的速度，這將使得左右兩側的材料將受到曲拐頸的力的作用，根據(jù)最小阻力定律被鐓粗的材料將優(yōu)先向下流動從圖 可以看到曲拐頸對左右兩側速度的影響從上到下是逐漸增大的。從速度場上可以看到曲肩的上部分的速度分量為水平和豎直向下兩個方向，而在曲肩下部分的靠近側模的部分主要為水平速度而靠近沖頭部分主要為豎直向下的速度；這種速度分布和分析結果是一致的。 ，主軸頸最高點和曲肩的最高點的相對位置是變的，這說明在彎鍛的時候上部的材料不僅沒有增加反而減少了，這對上部材料的聚集是不利的。 在終鍛階段，此時兩側的材料已經不受曲拐頸的影響，可以看成鐓粗變形。在剛剛進入終鍛階段曲肩上下流速幾乎一樣，由于下部分距離下模近所以下部分先接觸下模。當側模移動到 240mm左右時坯料的下部與下模腔接觸，此時接觸部分的向下流動將會被限制。如圖所示，此時由于限制下部分將金屬向X和Z方向移動，當上部也被限制后下下模腔也被充滿了，在此后繼續(xù)去充滿上面的兩個角落，但是由于由于上部的材料過少，所以即使下部分被限制曲肩上角的材料移動速度還是太小。從整個過程來看，155步之前一直都是自由成型階段，只在這以后才有了限制成型，這也就導致了曲肩下部分聚集的材料過多，形成了飛邊而上部還有部分充不滿。從終鍛曲肩的三個截面來看，中間截面和靠近曲拐頸的截面充滿情況良好但是靠近主軸頸截面充滿不好，這是由于材料不足導致的。a）縱切面等效應變b）靠近主軸頸截面c）中間截面d）靠近曲拐頸截面。從縱截面（a）上來看，主要的變形集中在曲肩上，而主軸頸和曲拐頸幾乎沒變?yōu)閯傂詤^(qū)，這個結果和前面速度場分析的結果一致。并且等效應變延曲肩的對角線分布，靠近對角線的等效應變越大反之越來越小，最大等效應變出現(xiàn)在曲肩對角線的兩個端面和中部；這是受到沖頭運動影響的結果。從橫截面上來看，曲肩中部的最大等效應變出現(xiàn)在截面的中間部分類似圓形形分布，上下方向分布區(qū)域小左右區(qū)域大，這個階段主要是鐓粗變形，主要的原因是上下部分運動受到限制阻礙變形。左右兩個界面的最大等效應力分布的位置相反，靠近曲拐頸那一側最大等效應力位于上部包圍面積也最大，而靠近主軸頸的截面最大等效應力分布在下部分面積也較??；b截面的上部和d截面的下部因為靠近剛性區(qū)所以其表現(xiàn)為鐓粗性質的等效應變，等效應變呈徑向分布。b截面和d截面的下部分的等效應變雖然不規(guī)則但是通過對比終鍛前幾步的圖片發(fā)現(xiàn)它們原本也是圓形。從這些情況可以說明由于曲拐頸的彎曲對中曲肩中上部分的鐓粗影響不大，但是它對曲肩下部分特別是靠近曲拐頸的那一部分影響較大。從整體上來看曲肩的的等效應力分布均勻沒有大的等效應變波動，唯一的難變形在曲肩的上部靠近主軸頸的兩個角落，最大等效應變區(qū)從左到右沿對角線分布，曲肩中部鐓粗效果良好。 a）曲肩上部b）曲肩下部 填充效果三維視圖 如圖所示是終鍛后鍛件與模腔的接觸情況。從圖上看填充效果不是很理想，從上部分來看，上部平臺部分已經被充滿，主要的缺陷是在曲肩兩側角上，從鍛件圖上可知這兩個部分的加工余量小，如果在這個地方出現(xiàn)缺肉的話可能會導致鍛件不合格。從下部分來看，下部分的充滿情況良好基本上是和模具全接觸并且它的金屬流出了毛邊槽形成了毛刺，這一種缺陷將模具壽命造成傷害對后續(xù)的加工帶來麻煩。 從整體來看，下部分充模情況好主要是因為下部分的材料聚集的太多在終鍛處于側模和重頭之間的材料無法受到約束最終溢出模具。上部分充不滿的原因主要是靠近主軸頸的那一側在鐓粗時是難變形區(qū)材料聚集少和在錯鍛階段由于曲拐頸對曲肩影響過大致使曲肩上部的在鐓粗工步中聚集的材料向下流動，正是因如此上部毛邊和兩個角落基本沒充滿。通過上述分析可以知道主要的原因是上部材料過少，所以要想上部的成型達到生產效果那就必須改進工藝增加材料聚集或者是改變模具的結構。從工藝上要增加材料就必須從增大鐓粗比或者減小曲拐頸對上部分的影響入手。要改變模具結構就得從增加對下部分限制入手。 NRR法的工藝方案修改上文已經說道要從工藝上改變上部材料聚集情況可以通過增大第一鐓粗比或者減小曲拐軸對曲肩上部的速度影響。改變第一鐓粗比很容易但是要減小曲拐軸對曲肩上部的影響則要考慮居多方面的因素，在這里只選取錯鍛角和摩擦因素進行討論。 計算數(shù)據(jù)鐓粗比 鐓粗量 余下量 最大錯鍛角θ25% 30%。 35% 40% 166mm 93mm 考慮到錯鍛角過大會導致一般的液壓機的活動橫梁速度 最高在150mm/s左右所以在考慮到上下沖頭的速度限制的情況下錯鍛角不宜過小，根據(jù)側模的移動速度將錯鍛角限制在20度以上。當鐓粗比小于20%時在復合鐓鍛過程中會因為彎曲過大導致脫模現(xiàn)象在此就沒有進行考慮。 參數(shù)選取第一鐓粗比253035 40 45錯鍛角20 25 30 35 40 20 25 30 35 4020 25 30 35 3920 25 3020 25 30從理論上來說，第一鐓粗比的增大可以使得在彎鍛變形前主軸頸和曲拐頸之間形成鼓狀的變形體，鐓粗比越大聚集的材料越多。參考太原科技大學張學忠碩士以260mm棒料所做的研究來看，當?shù)谝荤叴直仍?7%的時候曲肩上部聚集的材料可以滿足成型要求。我此次所用的棒料為245mm，%更大才合適，但是為了體現(xiàn)實驗的嚴謹性這次實驗將從20%至40%以5%的等增量進行模擬分析，從而得到鐓粗比變化后模腔的變化規(guī)律和最佳鐓粗比可能出現(xiàn)的區(qū)間。 為了更明顯表現(xiàn)出第一鐓粗比和錯鍛角對影響，現(xiàn)取模擬后的個鐓粗比的最大和最小錯鍛角在終鍛時的沖模情況進行比較分析。a1）25 %20a2）25% 40176。b1）30% 20176。b2）30% 40176。c1）35% 20176。c2）35% 39176。d）40% 20176。2）第一鐓粗比的影響當錯鍛角選擇為20176。時在下角標為1的圖上可以看到從a1到d1曲肩上部的接觸情況基本沒有改變，中部接觸良好但是兩側的角落沒有充滿。在下標為2的40176。錯鍛角角中可以看到從a2到c2曲肩上部的接觸情況有明顯的改變，隨著鐓粗比的增大填充效果更明顯，當鐓粗比達到39%時除去毛邊以外整個曲肩全部充滿。從這種比較中可以看出，在錯鍛角小的時候如25176。，30176。在這個區(qū)間內，第一鐓粗比對模腔的充滿影響不大，當錯鍛角增大到35176。的時候能明顯的看到隨著第一鐓粗比的增大曲肩非毛邊部分充滿情況良好，特別是離曲拐頸近的那一側；另外對比同錯鍛角的下模的情況時可以發(fā)現(xiàn)隨著第一鐓粗比的增大毛刺一直存在，下模腔始終處于充滿狀態(tài)，這說明直徑為245mm的棒料提高第一鐓粗比對下模腔的充滿影響不大。3）錯鍛角的影響 圖中有三組對照，雖然在同第一鐓粗比時錯鍛角的取值間隔有20176。但是不影響最后的分析結果。從abc三組的對比結果來看在第一鐓粗比確定的情況下錯鍛角的增大有利于曲肩上部的填充并且這種情況配合第一鐓粗比增大表現(xiàn)的更明顯，這個可以從b1b2與c1c2這兩組的對照上可以看出。從下部分來看錯鍛角的改變對三組的模腔填充沒有大影響，只是隨著錯鍛角的增大毛刺的現(xiàn)象更明顯，錯鍛角越大毛刺范圍和長度越大，這說明錯鍛角對下模填充的影響也不足應大幅度的改變模腔充滿情況，但是能對曲肩上部有較明顯的影響。4）結論分析按前文所說改變第一鐓粗比和錯鍛角的配合能改善沖模情況，但是從模擬的結果來看增大第一鐓粗比不能的改善上部的充滿情況并且會帶來毛刺的增大。增大錯鍛角能夠明顯的改善上部的填充情況小錯鍛角毛刺范圍小長度小大錯鍛角的毛刺范圍大也更長。經過對多組其他的模擬結果來看當?shù)谝荤叴直却笥?5%時只要錯鍛角大于25176。成型的效果都是比較好的，這其中鐓粗比為35%錯鍛角為39時效果最好。 對金屬流動的影響 在前面就第一鐓粗比和錯鍛角的改變對模腔填充進行分析，雖然得出了相關的結論但是那只是從宏觀上體現(xiàn)了這兩個變量對成型的影響，為了說明影響的成因就必須對充模的過程進行分析。在觀察完所有的模擬后發(fā)現(xiàn)隨著錯鍛角和第一鐓粗比的改變坯料的流動有較大的改變，而這種改變又對型腔的填充有大的影響。在分析中發(fā)現(xiàn)錯鍛角30176。是金屬流動形態(tài)改變的一個轉折點（鐓粗比大轉折點越靠近30176。，鐓粗比小轉折點靠近35176。），當錯鍛鍛角小于35176。時在彎曲鐓鍛過程中曲肩上部的那一部分材料（從其高度上來看）基本為水平的，在終鍛時由于是可以看成是一個鐓粗過程所以是中部先接觸上模然后再填充兩側（優(yōu)先充滿靠近曲拐頸側），這也就是上部分充滿不好的原因。當錯鍛角大于30176。時由于彎鍛過程中鐓粗向曲肩轉移的金屬過多而下模的移動速度過小曲肩下部分將處于限制成型(下側模腔外的材料流動加劇)，同時曲肩上部分靠近上模的金屬將在鐓粗的作用下向上流動，這樣就形成了一平行四邊形截面致使在終鍛過程中靠近曲拐頸側充滿良好。 m a）25%20 b）25%35 c）35%39本次模擬所得到的結果較其他人（太原科技大學張學忠）所做的研究的結果有一定的出入，主要體現(xiàn)在改變鐓粗比沒有像預期那樣可以下模過于充滿的現(xiàn)象；究其原因應該是此次選擇的坯料為245mm即使通過增大鐓粗比來增大鼓形區(qū)的材料但是增大鼓形區(qū)又會使得上部過早的接觸到上模，上模將被限制靠近 主軸頸的那一側的將會被影響以至于兩側角落缺肉造成缺陷，同時過大的錯鍛角會使下部分的毛刺過大過小又不能使得上部分得到滿意的填充，鑒于這些原因所以必須利用其他的因素來進一步改進模擬。，所以若減小這一部分的流動應該能達到消除毛刺的目的。從在前面的模擬中知道可以棒料和模具間為滑動摩擦，所以改變摩擦因子可以對下部金屬流動進行限制。，根據(jù)實驗的目的是減少下部金屬增加上部金屬，故要增大與下模和側模的系數(shù)減小與上模的系數(shù)，側模上模下模鍛件 因為在前面的所有模擬在鐓粗比為35%時是比較好的，所以令的鐓粗比35%錯鍛比定為20176。35176。39176。將這三組的摩擦系改變。從最終的充模情況來看，改變摩擦系數(shù)達到了預期的效果。摩擦系數(shù)的增大使曲肩下部的流動得到部分的限制，對比圖 可以看到毛刺基本沒有了，同時在截面中金屬在x方向受到限制能改善下部分過于充滿的情況從而將部分金屬轉移到上部改善上部分充模情況。所以在合適的第一鐓粗比和錯鍛角的情況下繼續(xù)改變摩擦因子能進一步提高充模