折疊缺陷的案例
軸套類零件折疊缺陷分析及解決方法
折疊作為體積成形金屬件在成形過程中產生的缺陷，容易成為疲勞的裂紋源或者沖擊斷裂的源頭。因此，在軸套冷擠壓成形時必須預防折疊缺陷的出現(xiàn)。
下面以某一軸套出現(xiàn)的折疊缺陷為例說明此類缺陷的形成以及如何預防
01.軸套原冷擠壓成形工藝
▲ 圖-1 軸套零件圖
該類零件為軸對稱零件（如圖1所示），形狀較為復雜，其內部為一圓柱孔和一半球孔，上端外側為2階凸緣臺階。
▲ 圖-2 軸套實體造型圖
▲ 圖-3 擠壓件圖
由于底部內部圓錐部分，使用切削工藝滿足不了零件形狀尺寸的要求，因此，采用冷擠壓工藝作為其成形工藝，設計的擠壓件圖如圖3所示。
其擠壓工藝為：
■ 步驟一：鐓擠成形內孔及凸緣部分；
■ 步驟二：反擠壓成形內孔；
■ 步驟三：整形凸緣部分和保證零件的其他尺寸。
▲ 圖-4 軸套折疊缺陷
但是在進行產品試模后，檢測產品，發(fā)現(xiàn)在完成第三道工序后（即整形），發(fā)現(xiàn)產品存在折疊缺陷，如圖4所示。
02.折疊缺陷原因分析
從圖4中觀測，此處折疊是由于2股金屬在此處匯流形成。由于只是對最終產品進行金屬流線分析，無法得到整個成形過程中的金屬流動狀態(tài)，于是利用在體積成形領域應用最廣泛的仿真軟件DEFORM進行模擬。
▲ 圖-5 折疊處仿真流速圖
首先確認DEFORM對折疊部位的仿真結果，如圖5所示。
展開 三聯(lián)齒輪鍛造成形數(shù)值模擬及模具結構優(yōu)化
齒輪的成形難點是齒形型腔不能完整充滿，隨著工業(yè)和生產技術的不斷發(fā)展，一次鍛造工藝已經滿足不了齒輪鍛件對齒形的鍛造要求，所以出現(xiàn)了“一火兩鍛”工藝，預鍛工步能改善金屬在終鍛時的充填性，避免終鍛時鍛件出現(xiàn)折疊、裂紋等缺陷，且有利于提高模具壽命。
本文從終鍛件產生的折疊缺陷出發(fā)，通過模擬發(fā)現(xiàn)產生缺陷的原因在于預鍛件結構設計不合理。根據(jù)模擬分析結果，在預鍛件齒頂處增大過渡斜角，且以大R角連接，可提高鍛件的成形質量，保證使用要求。
三聯(lián)齒輪鍛造數(shù)值模擬
模擬方案
與傳統(tǒng)鍛造流程相比，采用三維設計軟件和有限元分析軟件結合的方式能夠大大提高成形質量和工作效率。應用三維CAD 繪圖軟件在機械產品設計中不僅能用三維圖形象直觀逼真地表達設計思想，而且能很方便地將創(chuàng)建的三維實體模型用作分析模型。圖1所示零件為重卡汽車使用的三聯(lián)齒輪，該零件一般采用熱鍛成形，本研究中考慮其鍛件尺寸較大，一次成形變形抗力太大，很難保證三聯(lián)齒輪成形質量和模具壽命，且模具結構優(yōu)化難度大、成本高，故改用“一火兩鍛”工藝成形。通過有限元軟件模擬鍛件成形過程，發(fā)現(xiàn)產生成形缺陷的原因，為了保證鍛件的成形質量，根據(jù)分析結果采取增大預鍛件過渡斜角，并以大R 角連接的方案。
圖1 三聯(lián)齒輪結構
數(shù)值模擬結果與分析
零件在鍛造時，終鍛件（圖2）紅色標記處出現(xiàn)折疊缺陷。按傳統(tǒng)方法經過幾次優(yōu)化預鍛模具都未能消除缺陷，也未曾找到缺陷出現(xiàn)的根本原因。通過三維設計軟件造型預鍛模具、終鍛模具，并用有限元分析軟件進行成形鍛件模擬分析，發(fā)現(xiàn)在模擬終鍛時也出現(xiàn)了和實際鍛造一樣的折疊缺陷。折疊缺陷導致鍛件在終鍛時的充填性變差，而角落填充不足會導致齒輪成形質量不足，過度的成形力又會導致模具損壞。因此急需一種有效的解決方案。
展開 三聯(lián)齒輪鍛造成形數(shù)值模擬及模具結構優(yōu)化
齒輪的成形難點是齒形型腔不能完整充滿，隨著工業(yè)和生產技術的不斷發(fā)展，一次鍛造工藝已經滿足不了齒輪鍛件對齒形的鍛造要求，所以出現(xiàn)了“一火兩鍛”工藝，預鍛工步能改善金屬在終鍛時的充填性，避免終鍛時鍛件出現(xiàn)折疊、裂紋等缺陷，且有利于提高模具壽命。
本文從終鍛件產生的折疊缺陷出發(fā)，通過模擬發(fā)現(xiàn)產生缺陷的原因在于預鍛件結構設計不合理。根據(jù)模擬分析結果，在預鍛件齒頂處增大過渡斜角，且以大R角連接，可提高鍛件的成形質量，保證使用要求。
三聯(lián)齒輪鍛造數(shù)值模擬
模擬方案
與傳統(tǒng)鍛造流程相比，采用三維設計軟件和有限元分析軟件結合的方式能夠大大提高成形質量和工作效率。應用三維CAD 繪圖軟件在機械產品設計中不僅能用三維圖形象直觀逼真地表達設計思想，而且能很方便地將創(chuàng)建的三維實體模型用作分析模型。圖1所示零件為重卡汽車使用的三聯(lián)齒輪，該零件一般采用熱鍛成形，本研究中考慮其鍛件尺寸較大，一次成形變形抗力太大，很難保證三聯(lián)齒輪成形質量和模具壽命，且模具結構優(yōu)化難度大、成本高，故改用“一火兩鍛”工藝成形。通過有限元軟件模擬鍛件成形過程，發(fā)現(xiàn)產生成形缺陷的原因，為了保證鍛件的成形質量，根據(jù)分析結果采取增大預鍛件過渡斜角，并以大R 角連接的方案。
圖1 三聯(lián)齒輪結構
數(shù)值模擬結果與分析
零件在鍛造時，終鍛件（圖2）紅色標記處出現(xiàn)折疊缺陷。按傳統(tǒng)方法經過幾次優(yōu)化預鍛模具都未能消除缺陷，也未曾找到缺陷出現(xiàn)的根本原因。通過三維設計軟件造型預鍛模具、終鍛模具，并用有限元分析軟件進行成形鍛件模擬分析，發(fā)現(xiàn)在模擬終鍛時也出現(xiàn)了和實際鍛造一樣的折疊缺陷。折疊缺陷導致鍛件在終鍛時的充填性變差，而角落填充不足會導致齒輪成形質量不足，過度的成形力又會導致模具損壞。因此急需一種有效的解決方案。
展開 某汽車上下非對稱法蘭多楔輪旋壓成形質量控制
圖7 試驗設備及模具工裝
圖8是經過四道次旋壓最終成形的上下非對稱法蘭多楔輪剖面件，從圖8中可以看出零件整體端面成形質量良好，無明顯毛刺、折疊、飛邊等缺陷，其中上下法蘭均成形飽滿，外緣形狀達到了設計要求。
圖8 多楔輪剖面件
結論
⑴在第一道次旋彎成形過程中，隨著旋彎輪的不斷進給，板坯和旋輪的接觸面積逐漸增加，板坯金屬發(fā)生軸向、徑向和周向流動，板坯的直徑逐漸減小，最終形成過渡圓弧的結構，從而實現(xiàn)了旋壓增厚。
⑵為了成形多楔輪的上法蘭，上芯模和板坯之間有一定型腔，在第二道次旋平過程中，板坯上端金屬不僅向上流動填充型腔，而且在旋輪擠壓作用下發(fā)生徑向增厚，這兩股不同流向的金屬對流匯合導致內折疊。
⑶通過有限元模擬對前兩道次旋壓成形進行分析，優(yōu)化旋輪的結構，將旋輪圓弧半徑增大，下端面高度減小，從而減少板坯上端的聚料量，改善板坯下端的過渡形狀，在使板坯上下端金屬的分配更加合理均勻的同時，板坯內壁圓角處的內折疊缺陷徹底消除，并進行試驗得到了合格的樣件。
——本文節(jié)選自《鍛造與沖壓》2019年第12期
展開 
淺談超倍尺寬鈦合金板坯成形工藝
以鈦合金板坯鍛件為研究對象，改變傳統(tǒng)的鐓粗拔長展寬工藝，采用直接拔長進行展寬，解決傳統(tǒng)鐓粗工序中經常出現(xiàn)坯料腰部折疊缺陷的質量問題，提高鍛造生產效率約22%，提高材料利用率約2%。通過有限元模擬分析成形展寬過程，為實際生產提供理論指導，并通過實際生產驗證整個工藝過程，為研制更高質量、生產效率、材料利用率的成形工藝提供指導。
本文針對某公司鈦合金板坯鍛件，材料為TA2，要求成形尺寸2050+15(寬）×260(高 ）±10×L(隨 長 ）(單 位：mm），原材料鈦錠經過表面加工去除表面缺陷及取樣后，尺寸為φ990mm×2600mm。成形寬度尺寸/原材料截面尺寸≈2.07，超過一倍尺寸。根據(jù)傳統(tǒng)經驗公式計算，要保證最終展寬成形尺寸原始坯料截面直徑需≥φ1450mm。
常規(guī)成形工藝為鈦錠先鐓粗，保證鐓粗后截面尺寸≥φ1450mm后再進行平砧間拔長展寬。鍛造過程由于TA2的材料特性，容易造成鐓粗過程中表面折疊缺陷，為防止折疊過深，需分多道次進行鐓粗，出現(xiàn)折疊現(xiàn)象后立即進行輕滾圓拔長再進行鐓粗，嚴重影響鍛造效率及鍛造質量。本文采取直接拔長的方式進行展寬，在試驗前通過有限元數(shù)值模擬分析軟件對試制方案進行分析，最終通過實際生產驗證工藝方案的可行性。
工藝方案
鍛造工藝路線：芯棒展寬—換專用芯棒繼續(xù)展寬—上下平砧成形修整，選用50MN快鍛壓機進行整個鍛造工序。具體過程為：將鈦合金錠平放在大平板上，上端采用φ630mm芯棒分兩次進行壓扁，總壓下量控制在300mm左右，左右移動芯棒進行展寬至坯料高度約為550mm。
為防止芯棒展寬過程中出現(xiàn)板坯料中間尺寸偏大，兩端偏小的情況，特制專用芯棒進行進一步展寬，展寬至寬度約為2000mm，高度約為440mm。
最后采用特制上平砧（700mm砧寬，2300mm砧長）、下平板進行拔長及整形。
展開 基于數(shù)值模擬的鈑制帶輪旋壓成形試驗研究及缺陷分析
然而聚料所需的弧形結構在后續(xù)貼模過程的位移較大，上端弧形結構變形區(qū)的金屬流動趨勢不一致，從而產生明顯的材料折疊，進而呈現(xiàn)出微觀裂紋（圖6）。
圖5 二道次旋平成形過程等效應力分布圖
圖6 材料折疊裂紋
在多楔帶輪生產過程中，對于存在上凸緣的帶輪結構，為了保證貼模效果，一般允許零件出現(xiàn)輕微材料折疊，即裂紋深度不允許超過100μm。然而在實際生產中，內側的材料裂紋會降低零件服役性能，需后續(xù)車削加工。對于文章所述的研究對象，可以通過對預制坯結構的優(yōu)化來消除材料裂紋。
預制坯結構優(yōu)化
基于上述模擬分析結果，對旋壓預制坯進行優(yōu)化，優(yōu)化后的結構如圖7所示。相較之前的預制坯結構，其設計思路是降低預制坯端面高度，把內側易發(fā)生折疊區(qū)設計成圓弧凸包結構。該結構在增厚的同時，最先與下芯模過渡位置貼模，從而將內側易發(fā)生折疊位置向下移動，減小上端中兩向流動的材料折疊傾向，優(yōu)化后的模擬參數(shù)設置同上。
圖7 優(yōu)化后旋壓預制坯局部形狀
通過優(yōu)化旋輪結構后的旋彎成形過程應力分布圖如圖8所示，可見成形結束后坯料上端與下芯模過渡位置已貼模，材料折疊位置的下移有利于消除內折疊缺陷。根據(jù)一道次模擬結果，采用同一芯模進行二道次旋平貼模，其成形過程如圖9所示。由于一道次成形件結構的優(yōu)化，材料折疊易發(fā)生位置向下芯模偏移；二道次旋平過程中板坯主變形區(qū)由圓弧頂部均勻向整個側邊擴展，整體分布均勻，成形結束后無折疊產生，上下凸筋充填飽滿，成形效果滿足設計要求。
圖8 優(yōu)化后一道次成形過程等效應力分布圖
圖9 優(yōu)化后二道次成形過程等效應力分布圖
起皺缺陷分析
在成形多楔帶輪殼體的過程中，外緣表面起皺是較為常見的旋壓缺陷之一（圖10）。
展開 一種驅動齒輪類零件鍛造成形工藝的探討
在鍛造成形過程中極易在上模內孔上產生折疊的鍛造缺陷。
圖1 為某公司設計的某副箱驅動齒輪毛坯示意圖，該齒輪產品外徑為φ156.7mm，總厚度為97.1mm。針對該類直徑小、厚度大類似法蘭盤的零件，某公司毛坯生產大多設計為錘上開式的工藝。
圖1 副箱驅動齒輪閉式毛坯示意圖
錘上開式工藝
開式模鍛是最廣泛使用的模鍛方法，優(yōu)點在于飛邊起到了補償、緩沖作用，保證了生產工藝的穩(wěn)定性和復雜平面的鍛造成形，但是其飛邊材料損耗為鍛件重量的10%～50%，平均約為30%，而材料費占模鍛件成本的60%～70%。圖2 為相應的開式熱鍛件圖。
圖2 驅動齒輪開式熱鍛件圖
錘上閉式工藝
閉式模鍛亦稱無飛邊模鍛，坯料在封閉型槽內以鐓粗或擠壓的方式變形成鍛件。同開式模鍛相比，閉式模鍛比采用開式模鍛所需的變形力和變形功約低30%～50%，可大大提高金屬材料的利用率和鍛件精度，鍛件表面質量好，金屬纖維分布更加合理。圖3為相應的閉式熱鍛件圖。
圖3 驅動齒輪閉式熱鍛件圖
但是在上模內孔處(圖4 紅色圓圈處)極易出現(xiàn)鍛造折疊缺陷，由于此類零件內孔窄而深，鍛造過程中內孔處上部和下部金屬極易充滿型腔，而中間金屬沒有充滿，隨著變形金屬在型腔中的流動，在內孔中部就會產生一個空穴，最終在此處金屬上下部匯合充填，產生折疊。
圖4 錘上閉式內孔出現(xiàn)折疊狀態(tài)
熱模鍛閉式工藝
毛坯圖的制定
根據(jù)毛坯圖輪廓(圖5)整體單邊余量2mm(細實線部分為最終產品圖輪廓)，允許上尖點處未充滿圓角≤R4mm。鍛件重量7.95kg。
展開 大型半軸鍛件成形工藝研發(fā)
平鍛頂鐓工藝制坯成形過程分析如圖5 所示，根據(jù)模擬分析變形過程可見，在成形過程中由于第一道頂鐓工藝鐓粗比較大，坯料在模擬分析510 步出現(xiàn)了明顯的彎曲現(xiàn)象，在后端出現(xiàn)較大的凹陷缺陷，隨著變形逐步增加，彎曲變形受模具結構限制趨勢逐漸減緩，在1070 步接近于終成形時，第一道出現(xiàn)的凹陷缺陷還沒有完全消失，從整個模擬過程分析，雖然凹陷缺陷最終逐漸減緩，但這只是在理論狀態(tài)下的成形過程中已經出現(xiàn)坯料彎曲缺陷，實際頂鐓工藝成形過程中受各種因素影響坯料出現(xiàn)彎曲凹陷缺陷概率很大，如坯料端面斜度、加熱溫度不均勻、坯料直線度、模具安裝精度和設備精度都會導致頂鐓成形中出現(xiàn)彎曲折疊現(xiàn)象。
圖5 平鍛制坯工藝模擬成形過程步驟圖
平鍛制坯工藝改進
根據(jù)上述模擬分析得出第一道頂鐓過程中會出現(xiàn)頂鐓失穩(wěn)彎曲缺陷，平鍛頂鐓工藝制坯得不到合理的形狀，給后續(xù)閉式胎模鍛成形帶來很大的質量隱患，盤面出現(xiàn)環(huán)形折疊缺陷，較深的導致鍛件報廢。對平鍛頂鐓工藝制坯進行工藝改進，經過優(yōu)化的平鍛頂鐓工藝制坯成形工步圖如圖6 所示。經過第二次模擬分析(圖7)整個成形過程平穩(wěn)，變形過程中在510 步沒有出現(xiàn)較大的彎曲缺陷，出現(xiàn)了輕微的彎曲現(xiàn)象，在后續(xù)1070 步成形中彎曲現(xiàn)象逐漸變緩，最終成形的中間坯上沒有出現(xiàn)明顯的凹陷缺陷，在后續(xù)的閉式胎模鍛成形中基本不會形成折疊缺陷。根據(jù)第二次模擬分析，改進后頂鐓制坯工藝只需進行局部尺寸優(yōu)化即可達到設計要求，形成最終的頂鐓制坯成形工藝。
圖6 平鍛頂鐓工藝制坯改進后工步圖
圖7 平鍛制坯工藝改進后模擬成形過程步驟圖
工藝調試驗證
大型半軸的全套工藝設計完成后，進行了模具加工制造，并進行了首次樣件調試。按照坯料工藝規(guī)格要求進行坯料準備，加熱后溫度基本均勻達到工藝要求，坯料經過平鍛制坯和閉式胎模鍛鍛打，整個調試過程基本順利。
展開 設計仿真 | Simufact Forming仿真技術破解水輪機軸鍛造難題
由于結構尺寸龐大，端部鍛造流動缺陷可能導致材料去除量增加，影響材料利用率，同時鍛后熱處理的淬透性控制也至關重要。傳統(tǒng)的試錯法制定工藝不僅研發(fā)周期長，試制成本也較高，因此需要在材料性能、成型精度、缺陷控制及后續(xù)處理等環(huán)節(jié)進行綜合優(yōu)化。
PART02
Simufact Forming：鍛造工藝的“數(shù)字實驗室”
海克斯康Simufact Forming鍛造工藝仿真包括鐓粗、模鍛、拉伸、拔長、自由鍛、擠壓、輥鍛、線割、熱處理等工藝，能夠幫助用戶通過仿真的方式實現(xiàn)鍛造成形工藝虛擬試錯，通過對成形過程中材料流動、溫度、應力、應變、折疊缺陷、設備噸位、微觀晶粒等分析，幫助優(yōu)化鍛造工藝。
PART03
水輪機軸優(yōu)化材料利用率的挑戰(zhàn)
在水輪機軸的制造過程中，提高材料利用率對控制成本至關重要。材料損耗主要來自底部廢料、過渡區(qū)域切除、端部鼓包修整以及其他工藝性損耗。
該團隊熱衷于優(yōu)化大型直徑水輪機軸鑄錠的重量，對材料利用效率提出了極高要求，這需要在整個鍛造工藝中采取系統(tǒng)性優(yōu)化措施。其中，解決端部膨脹導致的材料損失尤為關鍵——膨脹不僅會增加鍛件重量，還會影響最終成型精度。
傳統(tǒng)工藝通常在開槽后對底部廢料進行熱切割，但將其整合到最終產品中存在技術難點。若將底部廢料保留作為軸體的一部分，雖可提高材料利用率，卻會加劇鍛造過程的復雜性：金屬流動的不可預測性可能直接影響鍛件質量。因此，如何在提升材料利用率與控制工藝風險之間取得平衡，成為一項需要綜合解決方案的多維度挑戰(zhàn)。
PART04
利用海克斯康 Simufact Forming優(yōu)化鍛造工藝過程
該公司采用了海克斯康的 Simufact Forming軟件對該工藝流程進行全流程仿真模擬。
展開 Forge 簡介
· 折疊缺陷流線可視。
· 計算鍛造壓力以利于選擇設備
Forge3D
Forge3D可以用于模擬冷鍛、溫鍛和熱鍛成形。Forge3D是首次應用于并行計算機模擬軟件之一。目前80%的軟件可以應用在并行計算機上。Forge3D同時也可以應用在集成PC上。
Forge3D可以進行熱處理模擬，分析微觀結構、殘余應力和變形。
Forge3D適合于使用組合模具等模具，可以很精確地對模具進行模擬，為改善模具壽命提供幫助。
Forge3D具有非常靈活的模具動力特性，工藝模擬范圍大大擴展，可以模擬成型輥鍛、軸向輥鍛、輾環(huán)成形、擠壓、軋制以及其他很多如剪切、沖孔等金屬成形工藝。
Forge3D可以對整個成形過程進行模擬：下料-輥鍛制坯-鍛造-切邊-熱處理。
Forge3D前處理的數(shù)據(jù)準備和設置容易而迅速,用戶界面友好，滿足模擬的需要。前處理使用特殊模塊，可以進行不同工序的設置和多項目模擬。3維的Patran、Nastran和Ideas多用途文件和STL格式文件可以通過前處理導入程序。材料數(shù)據(jù)有700多種，其中包括鋼、鋁、鈦和銅合金。適用的鍛造設備有液壓機、機械壓力機、鍛錘、螺旋壓力機，同時也可以模擬使用彈性加壓裝置、蠕變裝置和用戶自定義設備。
展開 DEFROM折疊工具使用
作者：吳華春 上海安世亞太結構應用工程師
文章發(fā)布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯(lián)系我們：021-58403100
本文共計335字，閱讀時間預計2分鐘
在進行金屬體積成形仿真時，總是避免不了各種成形缺陷的出現(xiàn)，如何利用工具快速地發(fā)現(xiàn)缺陷，成為各成形仿真軟件必不可少的特征。
針對折疊缺陷，DEFORM給出了多種工具供用戶使用。常用的有以下2種。
01.Velocity
▲ 圖-1 Velocity-Total vel
在DEFORM POST后處理中，點擊Velocity-Total vel，即可顯示金屬體積成形過程中金屬流動速度，可以借此判定是否有金屬進行流動匯流現(xiàn)象，如果出現(xiàn)匯流，可以判定會有折疊產生。如圖-2所示。
展開 
設計仿真 | Simufact Forming仿真技術破解水輪機軸鍛造難題
由于結構尺寸龐大，端部鍛造流動缺陷可能導致材料去除量增加，影響材料利用率，同時鍛后熱處理的淬透性控制也至關重要。傳統(tǒng)的試錯法制定工藝不僅研發(fā)周期長，試制成本也較高，因此需要在材料性能、成型精度、缺陷控制及后續(xù)處理等環(huán)節(jié)進行綜合優(yōu)化。
PART02
Simufact Forming：
鍛造工藝的“數(shù)字實驗室”
海克斯康Simufact Forming鍛造工藝仿真包括鐓粗、模鍛、拉伸、拔長、自由鍛、擠壓、輥鍛、線割、熱處理等工藝，能夠幫助用戶通過仿真的方式實現(xiàn)鍛造成形工藝虛擬試錯，通過對成形過程中材料流動、溫度、應力、應變、折疊缺陷、設備噸位、微觀晶粒等分析，幫助優(yōu)化鍛造工藝。
PART03
水輪機軸優(yōu)化材料利用率的挑戰(zhàn)
在水輪機軸的制造過程中，提高材料利用率對控制成本至關重要。材料損耗主要來自底部廢料、過渡區(qū)域切除、端部鼓包修整以及其他工藝性損耗。
該團隊熱衷于優(yōu)化大型直徑水輪機軸鑄錠的重量，對材料利用效率提出了極高要求，這需要在整個鍛造工藝中采取系統(tǒng)性優(yōu)化措施。其中，解決端部膨脹導致的材料損失尤為關鍵——膨脹不僅會增加鍛件重量，還會影響最終成型精度。
傳統(tǒng)工藝通常在開槽后對底部廢料進行熱切割，但將其整合到最終產品中存在技術難點。若將底部廢料保留作為軸體的一部分，雖可提高材料利用率，卻會加劇鍛造過程的復雜性：金屬流動的不可預測性可能直接影響鍛件質量。因此，如何在提升材料利用率與控制工藝風險之間取得平衡，成為一項需要綜合解決方案的多維度挑戰(zhàn)。
展開 最新 | DEFORM V12-13+新功能簡介
2.2 新增微小流動折疊缺陷預測
新的因材料表面流動所引起的微小折疊缺陷預測，采用基于表面膨脹、總拉伸應變或向內流動距離算法模型，無需傳統(tǒng)采用微小折疊部位細化大量網(wǎng)格的方法，采用較粗網(wǎng)格即可預測微小折疊位置，大大節(jié)省單元規(guī)模及計算時間。
2.3 新增幾何處理及網(wǎng)格劃分模塊
新增幾何處理及網(wǎng)格劃分模塊，具備多種幾何模型修改功能，能夠進行靈活的幾何布爾操作、尺寸縮放，特別增加復雜幾何特征線的識別、刪除與建立，能夠劃分幾何細節(jié)特征處的網(wǎng)格，無需網(wǎng)格窗口。能夠對幾何進行分割并實現(xiàn)較為復雜幾何的六面體網(wǎng)格劃分。根據(jù)特征線劃分的網(wǎng)格，小特征部位更加精確。對于形狀復雜、薄壁的熱處理工件幾何、增材工件幾何，采用幾何處理及網(wǎng)格劃分模塊則更加方便。
2.4 新增壓機彈性變形功能
壓機在鍛造過程中因鍛件結構或擺放位置不對稱引起受力不均從而引起壓機彈性變形，并反向影響鍛造成形過程。壓機彈性變形功能可預測鍛造過程模具傾斜及其對工件尺寸和幾何形狀的影響，能夠獲得壓機各向載荷、扭矩，壓機速度變化、轉動角度，壓機彈性變形。
2.5 新增微小孔洞及夾雜子模型
軋制工藝、自由鍛工藝中，毛坯內部往往存在微小縮孔、剛性及柔性夾雜物等缺陷。較早版本只能采用在毛坯內部建立孔洞、設置夾雜物材料區(qū)域，因基體模型尺寸與微小缺陷存在很大差異，很難在網(wǎng)格模型內部建立準確的孔洞及夾雜物模型。新的微小孔洞及夾雜物子模型算法，先采用宏觀成型過程計算，再將計算過程導入到微小孔洞及夾雜物子模型分析模塊，建立微小區(qū)域的子模型結構，從而將計算目標集中于孔洞及夾雜物微小區(qū)域，獲得準確的微小缺陷變化結果。
展開 淺析非回轉體類鍛件的閉式鍛造工藝
圖8 終鍛模具總裝圖（閉式）
閉式鍛造模擬分析
通過使用Forge軟件模擬，坯料鐓粗到120mm后可以擺放在預鍛下模型腔中；預鍛完成時預鍛件厚度尺寸24mm，預鍛件充滿狀態(tài)良好且無毛刺（圖9），預鍛打擊力300噸（圖10），預鍛件模擬無折疊等缺陷。
圖9 預鍛充滿示意圖
圖10 預鍛打擊力
終鍛完成時熱鍛件厚度尺寸20mm，鍛件充滿狀態(tài)良好且無毛刺（圖11），終鍛打力1740噸（圖12），終鍛件模擬無折疊等缺陷。
圖11 終鍛件充滿示意圖
圖12 終鍛打擊力
效果驗證
在實際生產過程中，符合模擬過程，工藝狀態(tài)穩(wěn)定，廢品率僅0.5%，模具壽命可以達1萬件，節(jié)省了切邊工序，工作效率高，目前已批量供貨。
結束語
本文重點介紹了非回轉體類突緣的閉式鍛造工藝研究，在諸多設計方面增加了新的理念，并得到了實際應用。希望此文能夠給鍛造行業(yè)的同仁帶來不同的設計思路，共同進步。此鍛造工藝我公司將廣泛應用于后續(xù)開發(fā)的新突緣鍛件產品中，相關設計、文件、工藝、流程逐漸形成標準化。
—— 來源：《鍛造與沖壓》2018年第21期
展開 新能源空調壓縮機軸承座成形工藝研究
可以看出，當金屬流動一段距離后接觸到沖頭階梯處時，開始出現(xiàn)金屬分流，部分金屬會受到下沖頭的作用而向上流動，當與向下運動的金屬匯流時產生折疊缺陷。而無槽坯料在成形時，金屬流動有較大的速度差，存在拉裂傾向。由于成形初期背壓體作用力小，金屬流動的阻力小，因此速度場較密集且流速大，但在成形中后期，由于背壓體作用，金屬流動受到干涉，流動快的部分減慢，最終使端面各處速度趨于一致。
圖5 損傷值分布
圖6 速度場分布
圖7 應力分布
模具應力分析
圖7所示分別為兩步成形時上模應力、下模應力、背壓體應力分布云圖。可以看出，模具應力最大值均在100MPa以內，因此選取H13鋼作為模具材料是可行的。同時，模具應力較大的地方集中在轉角和階梯處，上模的第一階梯處，下模的內孔邊緣處和背壓體的外部邊緣處所受的應力較大，成形過程中易導致模具發(fā)生磨損，影響軸承座的成形質量。
結論
⑴對一步閉式模鍛進行兩種尺寸坯料的對比模擬，發(fā)現(xiàn)一次成形易出現(xiàn)拉裂、折疊、載荷過大等問題。
⑵采用兩步鍛壓成形的方法，軸承座成形質量好。在兩步模鍛成形中，設置兩種預鍛成形坯料，發(fā)現(xiàn)在底部有槽預鍛坯料成形時金屬流動相對較優(yōu)，且終鍛成形過程中在背壓體的作用下，坯料處于三向壓應力狀態(tài)，塑性提升，開裂傾向小。
展開 