数值分析论文.doc

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1、材料加工0706班20072161十字轴锤锻模数值模拟及分析一、数值模拟优越性传统的锻造工艺和模具的设计方法往往依靠一些成熟的经验和技巧作为设计的准则，难以准确、有效地解决锻造过程的设计问题。这种常规方法具有很大的盲目性和试探性，带来严重的设备、材料和时间的浪费，同时产品质量得不到保证。近年来，数值模拟技术的广泛应用，成功的解决了传统锻造存在的问题，提高了生产效率和材料利用率。拿我们此次模拟工件十字轴来说，可获得其塑性成型过程中全部数值解，计算出整个过程中质点的流动规律、应力应变分布等，预测危险截面，避免缺陷出现！二、主要流程1、模具的设计取

2、热锻件冷却时的收缩率为1.5％，拔模斜度7°，方便工件取出，如果终锻件未要求拔模斜度，可通过车削来保证内盲孔的圆柱度。Pro/E有强大的造型功能，完美的模具设计能力，根据零件图自动生成模具，再根据需要修改上、下模，做出飞边槽。飞边槽的设计是本次设计的重点和难点，飞边槽的设计同时要结合毛坯的选择，是本次模具设计的重中之重！本次毛坯形状设计有两个方案，如下图，不同毛坯形状对成型的影响很大，坯料形状对终锻成形影响很大，预锻件设计不合理，将会导致终锻成形锻件充填不足等缺陷，尤其应合理分配材料，避免分枝部分充填不足，或者过渡部分材料过多，产生折叠，裂纹

3、等缺陷。材料加工0706班20072161材料加工0706班20072161图1图2图1工件，是修改后的毛坯件，模拟结果理想；图2工件，终锻后缺陷很多，最明显的是，最终零件（如图3）的四个轴未充满（如图4），而两轴中间由于余料过多，飞边槽容积有限，导致变形抗力急剧增加。飞边槽容纳不下多余的金属，这时就会出现倒流现象，使锻件出现折纹，解决方法之一就是增加飞边槽容积，或者在毛坯终锻前改变毛坯结构，去除多余余量，本次模拟采用后一种方法，在十字轴相邻轴之间在终锻前切除多余金属，留取适当余量，进行终锻，结果表明效果不错，无需修改模具结构。模具飞边槽的容

4、积设计是有要求的，一般要求为零件体积的10％～50％，经过计算，零件体积约480137mm2，毛坯件体积约669581mm2，计算后约为39％，符合设计要求。实际生产过程，毛坯多为圆形棒料，正常工艺应为先下料，再镦粗，最后打方，接着整形如图1所示的零件，进行终锻模拟，本次模拟过程将上述过程省略，直接由图1所示工件进行模拟。材料加工0706班20072161，图3图42、Deform模拟过程⑴Pro/E修改模具后，将毛坯件，上下模分别另存为Deform识别的格式STL.保存过程要根据提示，使失真最小。⑵将毛坯件，上下模导入Deform，定位。模

5、拟采用三角形网格划分，同时考虑到成形过程中变形量比较剧烈和计算速度的问题，因此将坯料划分网格数为30000。在模拟中，变形速率主要体现为步长的设定和凸模下压的速度，如果步长设置过大，则达不到计算精度，如果设定过小，则计算量增大，所以，步长一般设定为最小网格尺寸的1/3，然后根据凸凹模之间的距离来设定总的步数。⑶上模下压速度确定为50mm/s。⑷毛坯加热温度为900℃。⑸作为定性分析，本次模拟未对上、下模划分网格，未设定热边界条件，仅设为理想刚性体。在实际锻造过程中，上下模腔亦应加热至200℃～300℃按规定对毛坯进行处理。⑹由零件图看出，十字

6、轴是对称图形，模拟过程可取1/4件进行，能节省时间，同时考虑到其结构简单，故采用全件模拟。3、模拟结果分析⑴分析方法如果仅对一次模拟进行分析，方法是很重要的，可以就某一变量分步截图，比较分析运动状态，从而得出结论，此次模拟共41步，由于到后期网格畸变严重，系统多次重画网格，大约每隔5步截图一次另外，选择特殊点的曲线分析也很明显，也是一种不错的方法⑵总体分析由模拟结果可以分析出，锻压过程大体上分为四个阶段第一阶段，镦粗阶段，金属自由流动，变形抗力小第二阶段，充满模腔阶段，金属的流动受到模壁的阻碍，变形力开始显著增大。第三阶段，挤出飞边阶段，模腔

7、周围一圈由于飞边的形成，流动阻力大，迫使金属在模腔内流向尚未充满的部位，直至完全充满。第四阶段，打靠阶段，此阶段飞边温度进一步降低，阻力更大，为了将型槽内的多余金属排入飞边槽，需要更大的打击力。具体分布如下图，在曲线最后有一个下降，是因为，上下模合模后由于系统继续运行，导致上模压力开始下降，这主要是在前处理阶段设置上模停止运动条件有问题，最好应该选择在上下模合模时停止，而不是通常所设置的通过步长和步数来设置上模停止。材料加工0706班20072161⑶等效应力和温度分析等效应力分布材料加工0706班20072161温度分布比较以上两组图，可以

8、发现，由于十字轴中间的盲孔，最先变形的是这部分金属，可以发现，这部分等效应力最先变大，再者是中间圆环，这部分多余金属由于凸模的挤压，流动到周围，最后从飞边槽挤出，从