7、油箱盖模锻成形模具设计及数值模拟

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1、油箱盖模锻成形模具设计及数值模拟宋群超1，姚彭彭1，汪长开2（1.合肥工业大学，材料科学与工程学院，安徽合肥230009；2霍山汇能汽车零部件制造有限公司，安徽安庆237200）摘要目前国内油箱盖大多为塑料件或铸造件，都具有一定的缺陷而不能满足使用要求。本文采用模锻成形的方法来设计油箱盖，对工件的成形工艺性进行了分析，确定了锻锤吨位，并选取合适的工艺参数，设计出了合理的模具结构。用Solidworks对工件进行了三维建模，然后导入Deform软件对其进行了数值模拟，分析了应力、应变的分布，验证了所设计方案的可行性。关键词油箱盖；模锻成形；模具设计；

2、数值模拟1零件的锻压工艺性分析1.1零件分析油箱盖是汽车发动机上储备汽油的箱子上面的盖子，如图1所示。形状是方形的，用45钢做成，密封性很好，一般放在汽车的底部，大批量生产。图1油箱盖三维图由图可知，该零件形状对称，结构简单，生产工艺不太复杂，难度系数较小。在进行锤上模锻时需要有模锻斜度，这是为了便于将成形后的锻件从型腔中取出，所以锻模侧壁必须做成一定的斜度，但是为了减少材料损耗和机加工余量，应尽量选择小的模锻斜度。零件为大批量生产，因此必须要保证模具的强度和韧性，使其满足一定的使用要求，具有一定的使用寿命[1-2]。零件的余量和公差可按经验来选取

3、，另外，热锻件图的尺寸应比冷锻件图的相应尺寸增加一个收缩率，本文中收缩率取为1.5%。因此在用Solidworks绘制热锻件图时，除了要考虑余量外，还要加上一个收缩率，既乘以1.015。1.2工艺分析油箱盖为饼类零件，外形复杂，为大批量生产，故采用锤上模锻加工方法。锤上模锻时，锤头打击速度快，生产效率高，生产操作方便，劳动强度比自由锻小，精度也比自由锻高。由于模锻锤的导向精度不高，锤头行程不固定，模锻件的尺寸精度不高，但已能满足该零件的精度要求，所以应选用锤上模锻进行加工。零件所用材料为45钢，正火处理效果较好，由于工件结构并不复杂，所以终锻前只需

4、加一道镦粗工序既可。镦粗台和终锻型槽设置在一套模具上较为合理，成形过程就是先选用一定尺寸的棒料进行镦粗，然后用镦粗后的毛坯放在终锻型槽内进行锻打成形，终锻完成后将热锻件放在切边模上，利用锻件的余热在热态下进行切边，切边时将零件反置，这样更为方便易行，由于油箱盖是密封用的，有底部薄壁，所以切边时不需冲孔[3]。由以上分析可以确定该工件的加工工序为:镦粗，终锻，切边。其中切边是在热态下进行，热态下进行可减小压力机吨位，减少能量消耗，避免冷切时的冷却过程，所以也就减少了生产时间提高了生产率。2工艺参数的确定2.1毛坯体积计算与尺寸确定该零件属于圆饼类锻件

5、，在终锻时的变形是属于体积变形，一般用镦粗制坯。毛坯计算以镦粗变形为依据计算：毛坯体积：（1）毛坯直径：（2）式中，V锻—锻件的体积，mm3；k—宽裕系数，考虑的是锻件复杂程度影响飞边体积。圆形锻件k=(0.12-0.25),非圆形锻件k=(0.12-0.35)；m—毛坯高度与直径之比值，一般为1.8-2.2。计算出D或A后，按国家标准规格选用。如所选毛坯的直径为D或边长为A，按下式确定其长度：或（3）mm3，（k取为0.25）mm3把代入公式（2）可得毛坯直径：=54mm按照规格可知，可选择D=55mm毛坯长度，代入公式（3）可得：=91mm所以

6、选取毛坯规格为：5591mm。2.2锻锤吨位的确定终锻成形时所需的最大打击能量较为复杂，在生产实践中，决定设备吨位可按经验公式计算[4]。=60MPa；D=16.56cm，代入圆饼类锻件的经验公式：（4）代入数值计算可得：kg式中，D—锻件外径，cm—终锻时材料的变形抗力，MPa但本次设计的零件为非圆形锻件，因此应按公式（5）计算G：=1404kg（5）式中，L—锻件水平投影面上的最大长度，cmB—平均宽度，B=A/L，cmA—锻件投影面积，cm故应选择2吨模锻锤。2.3飞边槽的确定经分析选用图2所示的飞边槽形式，飞边槽最主要的尺寸是桥部高度尺寸h

7、飞及宽度b。h飞增大，金属的流动阻力减小，反之阻力增大；b增加时阻力增大[5]。图2飞边槽尺寸2.4其他参数的确定通常，锻造温度越高，金属材料的塑性越好，变形抗力越低。45钢的锻造温度区间为800-1200°C。由于提高锻造温度可提高金属材料的塑性和降低变形抗力，因此提高温度亦可改善充填性能。考虑到一般钢的过热可以通过热处理消除，而过烧则是无法挽回的缺陷，因此，始锻温度要受到过烧的限制，通常要低于熔点150-250°C；而终锻温度则应保证锻造时金属有较好的塑性和锻后有良好的组织[6]。所以本次设计选定锻造温度为1000°C。设备的工作速度是指锤头和

8、滑块的运动速度。由于该工件在生产中所选用的设备为模锻锤，所以其工作速度为6~8米/秒。3模具结构的确定3.1锻模结构确定5