基于Deform的履带板锻造工艺数值模拟及优化研究.pdf
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1、中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 90 基于 Deform 的履带板锻造工艺数值模拟及优化研究 匡 奇 张臻臻 陈建玺 赵雪梅 杭州市极弱磁场重大科技基础设施研究院,浙江 杭州 310000 摘要:摘要:为了解决现有的工程车履带板模锻成形工艺中可能存在锻件质量缺陷以及材料利用率低的问题,本文主要通过数值仿真模拟及优化分析的方式得到新的成形参数,从理论角度改善履带板模锻成形的生产情况。利用Deform 软件对原始的履带板模锻成形工艺方案进行有限元模拟,分析锻造过程中锻件的成形情况和不同工艺参数对锻件成形过程的影响。通过设计不同的边界条件,综合分析各工艺参数对锻件的成形载荷和锻后的平均温度的影
2、响,确定最优参数,并进行生产试验。根据仿真的得出工艺参数,安排试验生产,试验结果表明:锻件填充完整,质量稳定,且具有较好的机械强度,成品率达到 99.6%,满足生产要求。试验结果和模拟结果基本一致,证明了有限元建模的可靠性,为锻造工艺与模具设计提供了理论依据。关键词:关键词:履带板;模锻工艺;Deform 有限元分析 中图分类号:中图分类号:TH-39 履带板(Crawler Plate),是履带行走装置的关键部件,是重要的工程机械结构件,由于其直接与地面接触,地形复杂,极易损坏,所以也是使用量最大,备件最多的零件之一。现在履带板件主要通过铸造和锻造成型,铸造容易出现组织不均匀、产品性能差,影
3、响使用寿命,锻造成型是近年来才开始采用的成型方法,其产品性能较好,但其材料利用率较低,容易出现填充缺陷,加工成本较高,所以需要采用合理的工艺方法。利用有限元仿真分析软件模拟模锻工艺过程是近年来在我国迅速发展起来的分析手段。与传统的锻造工艺设计方法相比,有限元法仿真分析可以有效的减少不断试模的过程,从而有效的降低设计加工成本。本文以组合式三齿型履带板为研究对象,设计了其模具参数,采用 Deform 仿真分析软件,对锻件成型过程进行仿真分析,分析各工艺参数对锻造成型的影响,并通过现场试验验证了仿真分析的可行性。1 锻造工艺设计 本文研究的履带板为组合式三齿型履带板,其结构尺寸图如图 1 所示。该履
4、带板长度较长而板体的厚度较薄,由于履带 图 1 履带板结构尺寸图 中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 91 板的板体与模具直接接触,可以迅速传递温度,冷却的速度较快,锻造成形过程中,金属变形产生的热量不够,可能不能此处的金属保持在较高的温度,当锻造力度和速度不足时,肋板锻造可能达不到需要的尺寸。而且锻造成型过程中,水平方向的金属流动很难,履带板四个顶角为锻造最不好成型的地方,履带板成型以后,应该重点关注。1.1 分模面确定 根据所研究履带板的结构特点拟采用开式模锻,由于履带板的上表面的形状比较整齐,为了脱模更加简单和方便检查上模和下模的相对错位,根据履带板的形状和确定分模面的常用方法,一般以
5、最大投影面作为分模面,切分模线尽可能平直,以便于检查上下模膛的相对位置。所以以履带板上下面的中间位置作为分模面,如图 2 所示。图 2 履带板分模面 1.2 飞边槽的设计 飞边槽的主要用途是增大金属的流动阻力,可以容纳多余金属和进行缓冲作用。根据履带板的结构特点,在锻件的边缘处厚度较薄,因为太大的飞边槽桥部尺寸起不到阻流的作用,综合考虑履带板的尺寸及锻造设备,通过计算获得的飞边槽尺寸如图 3 所示。图 3 飞边槽尺寸 1.3 坯料尺寸计算 坯料的尺寸一般是根据锻件的形状及锻造的工艺确定的,首先需要计算出坯料的体积,然后计算其长度和截面积。由于履带板为复杂锻件,所以以锻件长度作为其坯料长度。坯料
6、体积计算公式为:=(+)(1+)VVV飞坯锻 其中V锻为锻件的体积,V飞为飞边的体积,为火耗率,与加热方式有关。2 数值仿真模拟与优化 履带板的锻造过程是一个非常复杂的塑性变形过程。数值模拟软件 Deform 主要用来对金属成型过程进行仿真,可以发现成型过程中的问题,并进行优化,从而降低试模的成本,有助于生产效率的提高。Deform软件由前处理器、求解器和后处理器三部分组成。为了提高锻件的成形质量,需要合理的锻造成形工艺参数,所以需要了解不同工艺参数对锻件成形的影响,并找到最优参数。可以根据成形工序,在 Deform软件中设计不同的边界条件,综合分析各工艺参数对锻件的成形载荷和锻后的平均温度的
7、影响。2.1 Deform 简介 Deform 是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。适用于热、冷、温成形,提供极有价值的工艺分析数据。如:材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。DEFORM 通过在计算机上模拟整个加工过程,帮助工程师和设计人员,设计工具和产品工艺流程,减少昂贵的现场试验成本,提高模具设计效率,降低生产和材料成本,缩短新产品的研究开发周期,分析现有工艺方法存在的问题,辅助找出原因和解决方法。Deform 主要有前处理器、求解器和后处理器三部分组成。前处理主要是确定网格的划分方式、设置仿真需要的参数、定
8、位模型等,为后面的仿真计算做好准备。然后进入计算环节,进行参数的仿真计算。计算结束后,可以在后处理中分析查看仿真结果。比如查看锻件的应变和应力、流动的速度和不同地方的温度等。本文中主要利用Deform软件,对不同成型速度、不同预热温度、不同润滑条件下工件的成型结果进行对比和模拟,选取最优参数,对工艺过程进行优化和改进。2.2 数值仿真设定 数值仿真模拟的基础就是对网格进行划分,网格大小和数量对后续计算是否正常进行有着至关重要的中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 92 作用。本文中的数值模拟由于存在热传递,所以需要同时对模具和工件都进行网格的划分,才可以得到最终的模拟结果。网格划分的数量和大小
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