成形工藝
關注創建者：模具設計學習 創建時間：2019-03-20
成形工藝的視頻教程
Deform 3D-專題-擺輾成形工藝CAE仿真
仿真過程中的擺輾工藝參數基本設置： 胚料加熱至1000 ℃ ～1250℃，在軟件設置為1050 ℃。 擺輾旋轉速度設置 1、如何確定擺輾旋轉中心（重點）。 2、在Deform 3D中如何設置擺輾模具旋轉。
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Deform 3D-專題-旋壓成形工藝CAE仿真
仿真過程中的擺輾工藝參數基本設置： 胚料溫度設置為常溫（20 ℃ ） 旋壓速度設置 1、在Deform 3D中如何設置旋壓模具旋轉中心。 2、如何設置旋壓運動。
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基于DEFORM V11.0 星形套溫擠壓成形工藝分析
加工時工藝參數對模具使用壽命有很大的影響，但在實際加工中，工藝參數的確定主要依靠技術人員的摸索和反復的工藝驗證，這種方法周期長、費用高，針對這一現狀，基于DEFORM-2D3D軟件，利用限元數值模擬方法，對星形套成形過程進行模擬，獲得了星形套溫擠壓成形過程中凸模進給速度、擠壓溫度和潤滑條件的影響，并對其進行優化，為實際生產提供了參考依據和理論指導。
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成形工藝的實例教程
該類零件形狀起伏較大，成形性較差。目前主要有兩種成形方法：拉延成形和翻邊成形，且行業內常用拉延工藝。拉延工藝的優點為零件成形充分，修邊后零件回彈較小；缺點為材料利用率較低，前期的拉延面等工藝設計復雜，且模具結構較復雜、成本較高。相對而言，翻邊成形工藝的優點為材料利用率較高，工藝設計及模具結構較簡單，制造及后期維護成本較低；缺點為零件部分區域成形不充分，可能造成后序修邊后零件回彈。在實際應用中需要針對不同零件， 選出最優的成形方案。
中央通道前加強板
零件如圖1所示，尺寸為290mm×123mm×174 mm，上下落差達174mm，材質為B280VK，料厚為1mm。
從零件的結構上分析，如果采用成形工藝，以中間長條形狀為壓料面，采用翻邊成形。由于零件端頭為斜面，所以壓料困難。且兩側支腿斜面夾角為37°，成形時會在頂面形成大量余料，從而形成起皺缺陷。顯然采用成形工藝不合適。
而采用拉延工藝，雖然零件的起伏較大，但是由于零件的局部翻邊高度都不超過 30mm，所以該零件的拉延性良好。添加工藝補充面后的拉延工藝如圖2 所示。經 CAE 分析，壓邊力設置為 25t，結果如圖 3 所示。從圖中可以看出端頭根部起皺現象已基本消除，僅頂面位置還有起皺趨勢。但是，材料厚度中等，在實際生產中抗起皺能力較好。
圖 1 中央通道前加強板制件圖
圖 2 拉延工藝補充后
圖 3 CAE 成形性能分析結果
實際生產出來的零件如圖4 所示，零件狀態較好無明顯起皺與回彈現象，與分析結果基本一致， 證明采用該拉延成形方式是合適的，材料利用率為47.01%。零件在檢具上檢測合格率為 98%。
展開 圖3 DEFORM協助工藝流程制定
針對擠壓成形工藝面對的各種問題，DEFORM能夠通過在計算機中模擬擠壓工藝過程預測零件可能出現的表面折疊、表面折縫、縮孔和裂紋等各種缺陷并能計算擠壓零件除應力過程后零件的性能，同時能夠對模具應力分布及模具磨損進行計算。DEFORM擠壓成形工藝分析以廣泛應用于汽車零部件制造企業的工藝研發中，如納鐵福傳動軸、太平洋精密鍛造、東風粉末廠及其他軸、齒輪、轉向架等工業生產用戶。
4.1 鋁合金冷擠壓成形分析
通過對發動機活塞擠壓成形過程數值模擬計算，預測出現了中心部位“凹陷”，通過下圖跟實際實驗的對比可以看出DEFORM準確的預測出該缺陷的發生。
圖4 鋁合金冷擠壓成形分析結果
分頁4.2 金屬正擠壓分析
金屬擠壓成形過程會產生金屬的大位移流動現象，形成金屬件內部的拉壓應力，多數情況下，拉應力造成諸如軸類件的內部成形裂紋，使加工件產生報廢。DEFORM提供多種韌性斷裂準則，通過拉應力失效能夠預測金屬軸類件擠壓成形過程中發生的“人”字型裂紋及斷裂現象，本案例在汽車軸類件擠壓過程中通過模擬預測出現芯部拉裂，實際試驗的圖片也驗證了這一預測的準確性。
圖5 金屬正擠壓分析
4.3 鋁合金穩態熱擠壓成形分析
熱擠壓成形為國內外鋁型材行業的主要成形工藝，該成形工藝下金屬流動行為常以分流、焊合等復雜方式進行，模具結構設計相當復雜，錯誤的工藝及模具設計均會造成生產出的型材發生扭擰、波紋、開裂、縮尾等缺陷，嚴重影響產品質量及美觀。DEFORM提供獨特的ALE成形求解方法能夠更加快速、準確的完成穩態擠壓分析，同時避免了Lagrange算法中由于網格扭曲引起的頻繁網格重劃分，準確預測擠型缺陷。
展開 螺栓是機械構件中廣泛采用的一種連接零件，其加工工藝及模具設計以往都是根據工程師經驗，通過反復試模和調整工藝方案來進行的。隨著有限元技術的發展，利用有限元模型進行模擬實驗已經廣泛用于金屬成形和熱處理工藝中。計算機模擬仿真可以有效降低成本，縮短生產周期，為模具設計和工藝方案的制定起到指導作用。但是有限元模擬技術只能對預先設計的成形方案進行評估，它并不能直接給出成形工藝的最優方案，所以SFTC公司將DOE/OPT優化技術嵌入DEFORM軟件中，以便在模擬仿真環境下使輸出響應不斷地得到改進，從而可以實現成形工藝方案的自動優化。DOE/OPT技術就是從可能值中找到最佳工藝設計變量，使得輸出結果為最優解或滿意解的過程，使用戶可以更加容易地獲得設計規律和最佳工藝方案。
本文采用DEFORM軟件對螺栓成形工藝進行了分析，并運用DOE/OPT技術對成形工藝方案自動優化設計，最終獲得設計規律和最佳工藝方案。
1 有限元模擬
螺栓成形工藝較為復雜，一般為多工步成形，其成形工藝流程：預成形—頂鐓—終鍛。根據螺栓幾何及成形特點，模擬仿真過程中坯料和模具的幾何可以簡化為2D模型。DEFORM MO模塊多工步成形仿真前處理設置如下圖所示：
MO模塊前處理設置
2 DOE/OPT優化設計
運用DOE/OPT技術對螺栓成形工藝進行優化設計，獲得設計規律和最佳工藝方案。在MO集成環境中添加DOE分析，將預成形下模內傾角和內圓角，坯料直徑和高度（同時保持坯料體積不變及坯料外徑和下模具內徑相等）；頂鐓工步上模內傾角及深度（保持內腔體積不變），上、下模具間距等設置為設計變量；螺栓終鍛成形完成后，其關心區域的最大等效應變作為目標變量。期望最大等效應變最小，避免開裂，提高產品質量。
展開 半軸一般由盤部和較長的細桿部組成，截面積變化大，鍛造成形工藝性較差。
半軸成形工藝簡介
國內外生產半軸主要利用平鍛或擺輾等鍛造工藝方法，在平鍛機或擺輾機上進行局部鐓粗成形，再經過后續的熱處理和機加工獲得最終產品。還有一種采用胎模鍛造工藝，其工藝落后，鍛件表面質量差，工件余量偏大，操作工勞動強度大，只能用于小批量的試制生產。
平鍛工藝：生產效率高，鍛件精度高，設備投資相對較大，但成形盤部較大的半軸需要更大噸位的設備，適用于盤部直徑不大的半軸生產。擺輾工藝：擺輾時，工件以局部變形代替常規鍛造中的整體變形，這樣就可以用擺輾機來成形需要更大噸位設備來成形的工件，勞動條件好，便于實現機械化操作，缺點是工藝復雜生產效率低，成形相對簡單回轉體半軸，適合中小批量半軸生產。
目前，大型半軸鍛件使用一臺設備或一個工藝成形比較困難，無法滿足異形鍛件成形需求。我公司根據現有設備進行創新性布局，獨創1250t 平鍛機頂鐓工藝制成中間坯聯合3t自由鍛錘閉式胎模鍛造的新工藝，實現大型半軸的大批量生產，創造了較高的經濟效益。
工藝設計
工藝方案分析及確定
本文所要討論的大型半軸鍛件三維造型如圖1所示。法蘭盤大盤直徑為
φ328mm，盤部厚度為30mm，桿部直徑為
φ85mm，鍛件總長為650mm，重量約為56.5kg，盤部上端面中間具有一個凹窩，凹窩里有兩個小凸臺，凸臺為后續機加工定位時防止旋轉使用。根據半軸的結構特點及鍛造工藝成本分析，只需要成形頭部法蘭盤即可，桿部不參與變形，采用局部鐓粗成形法蘭盤工藝為最佳工藝，其生產成本最低。根據成形體積不變原則，考慮中頻感應加熱爐加熱損耗和盤部成形難度，計算成形法蘭盤部分所需要的毛坯尺寸為
φ85mm×715mm，半軸成形需要棒料的尺寸為
φ85mm×1270mm。
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金屬塑性加工工藝是一種常用的零部件成形制造工藝，常見的成形工藝有鍛造、沖壓、拉拔、軋制等等，這些工藝廣泛應用于各行各業。在以往，成形工藝的制定、創新，以及模具的設計都需要依靠大量的工程試錯進行迭代，從而優化工藝參數、優化模具設計，但時間與物料人力成本極高。
海克斯康工業軟件旗下Simufact Forming仿真軟件，能夠對零部件的成形過程進行仿真分析，預測成形過程中材料與模具設計的諸多問題，例如折疊、填充不滿、模具應力分布等問題，助力工程師對工藝及模具進行優化，同時軟件能夠進行熱處理工藝仿真分析，預測零部件在熱處理過程中變形、殘余應力、相變的演化過程，對熱處理工藝的改善起到一定指導作用。
本期直播，海克斯康工業軟件工藝仿真專家將結合經典行業案例展示成形及熱處理仿真方案，同時帶來全新模具壽命分析方案的介紹，歡迎預約報名！
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