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异形件电机端扁头成形工艺数值模拟研究

工艺简介

异形件电机端扁头锻造工艺可操作性强,锻件毛坯尺寸符合要求,模具设计合理,提高了生产效率,提高了材料利用率,降低了生产成本。根据产品外形设计的锻造工艺路线,具体为先分步镦粗至300mm,然后翻转滚圆,进一步镦粗至250mm,最后滚圆修整至φ1600mm。


棍是原始人类最普遍使用的兵械之一,各朝各代无论是军中武术还是民间武艺,都对棍尤为重视。棍术的技击特点是勇猛、快速、多变。


在以上工艺路线的基础上,根据上平砧与坯料长度方向垂直或一致分为两种方案。方案一,上平砧与坯料长度方向垂直;方案二,300mm 之前上平砧与坯料长度方向一致,300mm 镦粗至250mm 时,上平砧与坯料长度方向垂直。


工艺数值模拟

模型建立及参数设置

使用SolidWorks 软件对上模、坯料、下模进行三维建模,上模为平砧,下模为自主设计,下模如图2 所示,其拔模斜度为7°。然后将.stl 格式文件导入Forge 软件中,产品材料为35CrMo,材料成分见表1。


对导入的模型进行有限元网格划分,为保证模拟的准确性,将网格细化,最终得到的坯料单元数为19902,见图3。设定坯料始锻温度为1220℃,模具预热至250℃,环境温度为20℃,压力模型选择“Multispeed_hydraulic_press”( 即压机速度30→25 →20mm/s 进行分步镦粗),压机最大压力设置为5000t。

模拟过程分析

方案一:上平砧与坯料长度方向垂直,模拟过程见图4,镦粗过程中450mm 镦粗至300mm 时模具受力最大为3918.1t,见图5。在下模具上方坯料镦粗至300mm 时,表面形状见图6,呈扁长型。模具上方坯料滚圆难度较大,故进行方案二模拟。

方案二:300mm 之前上平砧与坯料长度方向一致,300mm 镦粗至250mm 时,上平砧与坯料长度方向垂直,成形过程如图7 所示。

经过模拟分析,数据显示镦粗3(450mm 镦粗至300mm)过程中压力最大为5061.4t(跳跃点),平均为4700t,具体受力情况如图8 所示。分析原因是设置的初始压机速度30mm/s 过大,应将压机初始速度减小。

优化后:设置压机速度为25 →20 →20mm/s。模具承受压力最大值为4929t,平均为4680t,见图9,设备可以满足生产要求。

 

方案二:镦粗3 之后坯料外形如图10 所示,外形近似四方,在滚圆过程中较易操作。毛坯锻件示意图如图11 所示,外形尺寸满足加工前要求。

结论

⑴通过对产品形状分析,设计具有拔模斜度的模具,并设计不同成形工艺方案,使用SolidWorks+ Forge 进行有限元模拟,上平砧与坯料长度方向垂直时,压机压力小,但外形呈扁长,加大后续成形过程难度;上平砧与坯料长度方向一致时,压机压力较大,但通过调整压机速度,设备可以满足要求,并且在镦粗至300mm 时外形近似四方,后续过程较易实现。


⑵可选用方案二进行电机端扁头毛坯件热加工。



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