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1、第7卷第2期塑性工程学报Vol17No122000年6月Jun12000JOURNALOFPLASTICITYENGINEERING3摆辗滑轮形工件形成过程的数值模拟及分析(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院 150001)刘 钢 苑世剑 王仲仁摘 要:本文采用三维刚塑性有限元法对圆柱件的摆动辗压过程进行了数值模拟,针对具体算例进行了圆柱件摆辗滑轮形工件形成过程分析,得到该工件在摆辗过程中各部位的应力、应变速率状态,揭示了滑轮形工件的形成机理。关键词:摆动辗压;圆柱件;滑轮形;有限元模拟如下的基本假设:模具设为刚体;
2、模拟坯料的材料视1 引 言为刚塑性应变硬化材料;忽略变形中的温度效应;摩擦边界条件按常剪切因子摩擦模型施加。摆动辗压是模具以回转运动形式对坯料进行连所建立的有限元模型如图1所示。采用四面体等续的局部加载经积累而达到整体成形的一种增量锻参元对圆柱形的坯料进行单元划分,并且对变形情况[1]造工艺。由于摆辗过程中摆头上模只对工件进行局复杂的工件心部进行局部网格加密。在计算中随时根部加载,导致摆辗工艺金属流动的复杂性和特殊性,据网格畸变的情况进行网格重划,以保证计算的精度为了揭示摆辗过程金属变形流动规律,指导摆辗工艺和收敛
3、性。坯料底面中心节点在水平方向加以约束,[2,3]设计和模具设计,国内外学者均进行了大量研究。以往人们进行摆辗力学分析时,均假设接触区以下部分为塑性区,其它部位均为刚性区或弹性区,所计算出的受力为沿高度均布,所描述的金属流动状态也是根据实验和最小阻力定律,针对工件上表面接触区给出的,并被用来代表工件整个高度上的金属流动,这与实际情况是有较大出入的。高径比较大的圆柱件摆辗时,常常形成蘑菇形、图1 圆柱件摆辗工艺的有限元模型滑轮形工件,这是因为摆辗每转进给量较小,接触面Fig11TheFEMmodelofrotaryf
4、orging.以免摆辗偏心载荷引起坯料沿水平方向发生刚体位积率较小,工件各部分的受力很不均匀,导致金属的[4]移,这与实际生产中在坯料底部加设定位销的情况相变形流动呈现不同的特征。哈尔滨工业大学采用三TM符。上模的摆动采用公转和自转的合成来实现,并对维刚塑性有限元模拟软件DEFORM对圆柱件摆辗[5]上模施加垂直向下的进给速度,以实现螺旋式压下的进行了广泛的研究。本文仅给出关于滑轮形工件的摆动辗压运动,下模则保持静止。形成机理的部分研究结果。212 摆辗过程模拟的初始条件在圆柱件摆动辗压中,影响工件质量和尺寸的因2
5、圆柱件摆动辗压有限元模型及初始素很多,由于本文重点是分析滑轮形工件的成形机条件理,因此针对影响工件变形趋势的主要因素如每转进给量、摩擦因子等,选取了可代表一类变形特点的值,211 有限元模型的建立来进行模拟研究。所采用的初始条件如表1所示。根据摆辗生产和实验中的实际情况,为便于进行表1 有限元分析的工艺参数有限元分析计算和保证具有较高的精度,本文进行了坯料高径每转进摩擦摆头摆头转尺寸比给量因子材料倾角速n(mm)H0öD0S(mmör)mC(°)(römin)3国家自然科学基金资助项目(59405013)。<45×
6、501111017011Pb3298收稿日期:1999252226塑性工程学报第7卷 切向和径向应变速率相近。由于工件上下端面从心部3 模拟结果及分析到边缘均为塑性变形区,而腰部的变形区仅局限于工件外缘的一个非常狭窄的区域,同时,腰部Ë区的等该件的压缩率为2315%,摆头摆动的转数为效应变速率仅为上下端面的30à左右,因此工件上、16177r,下面图中所给出的X·t的值为摆头在工件下端部尺寸变化远大于腰部。表面辗过的弧度值。为分析工件内部金属的变形流动312 摆辗过程CD子午面应力、应变速率状态分析状态,本文取了3
7、个典型子午面(如图2所示)。图利用与处理AB子午面相同的方法,可获得X·t中阴影区域为工件与上模的接触区,由于摆头在工件=16P时工件接触区中间CD子午面的应力、应变速上表面沿顺时针方向辗过,所以图中AB子午面处于率分布(见图4)。其中,É区和Ê区的应力、应变速接触区出口端,CD处于接触区中间,EF处于接触区率状态相似,均受三向压应力;Ë区沿切向和径向均的入口端,箭头所指为剖视方向。作用有少量拉应力;Ì区和Í区的状态相似,均沿切向受很小的拉应力,沿径向受压应力。各区变形均为切向的伸长应变大于径向。其中,Ì区和Í区的
8、材料变形最为强烈,应变速率较大,且径向应变速率约为切向应变速率的60%,而处于工件腰部的Ë区的应变速率则很小,其深度略大于出口端相应区域,但与上下端的变形区相比仍很狭窄,说明工件腰部在接触区中间CD子午面上的变形量也小于上下端。图2 子午面位置示意图Fig12Thepositionsofthemeridionalsections.311AB子午面的应力、应变
