旋壓成形分析
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-15
旋壓成形分析的視頻教程
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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章節七、simufact.forming14.0旋壓成形
simufact.forming系列之——旋壓成形 １）旋轉/被動旋轉 ２）軌跡設置 ３）回彈分析 ４）壁厚分析 5）溫度分析 １）幾何模型：見CAD文件 ２）材料模型： DB.16MnCr5_u ３）設備參數：table表 ４）摩擦條件：0.2 ５）溫度條件：模具溫度25℃ 工件溫度25℃ 環境溫度25℃ ６）其它邊界條件：運動限制 ７）網格劃分：成形區間自動細化
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旋壓成形分析的實例教程
本文利用有限元分析軟件simufact建立多楔輪旋壓增厚三維有限元模型，并通過模擬過程分析變形區金屬的塑性流動規律和內折疊的產生機理，基于模擬結果優化調整旋輪結構，通過增大旋輪圓弧半徑減少板坯上端聚料量，減小旋輪下端面高度增大金屬向下流動趨勢，改善板坯的過渡圓弧形狀，從而達到板坯上下端金屬分配合理并消除內折疊缺陷的目的。
多楔輪作為一種重要的機械傳動零件，已經廣泛應用于發動機傳動系統中。隨著當前國內汽車行業的不斷發展，多楔輪的結構愈發復雜，傳統的多楔輪加工工藝主要是鑄/鍛+機加工成形、沖壓焊接成形和沖壓脹形，這些工藝往往存在材料利用率低，產品精度和力學性能差，生產成本高等問題，而采用旋壓工藝成形多楔輪有諸多優點，比如產品精度高、零件性能優良、材料利用率高等，因此該工藝得到了廣泛的應用。
多楔輪旋壓成形工藝分析
圖1 上下非對稱法蘭多楔輪結構
圖1為上下非對稱法蘭多楔輪結構，其中上下法蘭的寬度均為7.3mm，上法蘭存在一個深度1.3mm的錐形凹槽，下法蘭截面呈近似直角梯形。帶上下法蘭結構的多楔輪在旋壓成形過程中可能會出現法蘭欠料、飛邊和內折疊等缺陷。因此，零件旋壓成形方案中模具工藝參數設計尤其是第一道次旋輪的結構參數對零件整體成形質量的影響非常大，設計模具工藝參數不合理將導致：上法蘭充填不飽滿，下法蘭聚料過多出現飛邊；上法蘭充填飽滿，下法蘭整體充填不飽滿；上法蘭下側內圓角處產生內折疊導致微裂紋等。
展開 帶輪這類回轉體零件結構較為復雜，多通過薄板材旋壓成形。該成形工藝具有高尺寸精度、高材料利用率、少車削加工、低設備要求等多種優勢，逐步取代了過去精鍛、鑄機加工、沖壓脹形及沖壓焊接皮帶輪等方法。鈑制帶輪旋壓成形是通過旋輪沿徑向進給作用于坯料，使變形區材料沿軸向和徑向漸進塑性流動的成形過程。鈑制帶輪殼體零件在汽車零部件等制造行業應用前景廣闊，一般情況下成形過程分為旋壓增厚成形階段和旋齒成形階段，由于國內的鈑制帶輪旋壓成形技術并不成熟，在旋壓增厚成形階段多存在材料折疊裂紋等成形缺陷。文章針對某鈑制帶輪的旋壓成形過程開展相關研究，通過優化旋壓預制坯結構及成形過程，解決成形過程中零件上端過渡位置的材料折疊缺陷，并根據模擬結果成功進行生產試制。研究結果對旋壓帶輪工業生產具有一定的指導意義。
鈑制帶輪旋壓成形工藝分析
鈑制帶輪的結構特征
該帶輪的結構特征如圖1所示，帶輪材料為DD13鋼。基本力學性能如下：屈服強度325MPa，密度7.851g/cm3，彈性模量205GPa，泊松比0.29。零件結構特點為帶多楔齒，外壁厚度5.0mm，齒底到外壁內側距離1.68mm，齒頂圓角半徑均為0.30mm，帶輪高度為25.5mm，直徑為143.0mm。由于零件沖壓結構材料厚度多為3.0mm，故母材厚度選擇為3.0mm。綜合考慮旋壓后車加工同軸度要求和細節A中齒結構尺寸，該帶輪旋齒前最小壁厚應不小于3.4mm。
圖1 五楔帶輪結構示意圖
成形工藝分析
對于存在上下凸筋和多楔齒結構的帶輪復雜外壁，結合零件特征結構旋壓成形工藝要求，并從節約材料和減少工藝步驟角度考慮，采用旋彎增厚成形工藝使板坯外緣一次增厚。整形后，確保其滿足后續零件旋齒成形的厚度要求。根據實際生產經驗，設計出的多楔帶輪旋壓成形用拉深沖孔預制坯(圖2)。
展開 圖4 第2 道次等效應力分布圖
正交試驗設計與結果分析
根據正交試驗的基本步驟，先確定試驗目的及試驗指標，再確定試驗因素和水平來完成正交試驗的設計。在多楔輪旋壓成形過程中，工件與旋輪接觸面積較大時，旋輪在進給過程中會承受較大的徑向載荷，過大的載荷會增加旋輪的磨損以及設備的耗能，同時在第2 道次旋平過程中，在旋輪的徑向進給下完成對法蘭的初步聚料，對后續法蘭完整成形有重要影響，因此本次正交試驗選擇最大徑向載荷以及法蘭填充程度為試驗指標。
在曲軸多楔輪旋壓成形過程中，影響多楔輪旋壓成形質量的因素有很多，例如芯模轉速影響工件表面質量，若芯模轉速過大可能導致設備振動劇烈而影響成形質量。旋輪進給速度影響工件等效應力分布及成形完整度，合理的旋輪進給速度能改善工件等效應力分布同時保證法蘭充填程度。此外，摩擦系數也對金屬流動和法蘭充填程度有著重要影響。
根據以上分析，結合旋壓技術手冊并基于實際生產經驗，選擇芯模轉速、旋輪進給速度和摩擦系數為多楔輪旋壓成形中的主要研究參數，其中，旋輪進給速度為2 ～6mm/s，芯模轉速為200 ～400r/min，摩擦系數為0.05 ～0.2。以第2 道次旋壓成形過程中旋輪徑向進給速度、摩擦系數、芯模轉速為自變量，以最大徑向載荷和法蘭填充程度為目標函數，制定3因素3 水平正交試驗表。
根據正交試驗方案對第2 道次旋壓成形進行9 次有限元模擬，獲得正交試驗因素和試驗指標——最大徑向載荷以及法蘭填充程度的結果見表2。
表2 正交試驗結果表
采用極差法來進行正交試驗分析，由于本次正交試驗有兩個試驗指標：最大徑向載荷和法蘭填充程度，因此屬于多指標正交試驗極差分析，其分析結果如表3 所示。
展開 旋壓模擬分析：
（1）旋輪和芯模設置為解析剛體，毛坯為可變形體
（2）芯模與坯料固定，旋輪做進給運動且繞坯料旋轉
（3）量綱的確定：kg-m
前處理：
1.幾何模型構建：ABAQUS建模
2.材料參數的定義：
（1）創建材料：結構鋼
質量——>密度：7850
彈性本構：楊氏模量：2.1e11；泊松比：0.3
塑性本構：(來源文獻)
屈服應力/Pa
1.68e8
2.72e8
3.37e8
3.83e8
4.18e8
4.48e8
塑性應變
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
（2）創建截面：solid-steel（截面命名：截面類型-材料名稱）
（3）截面指派：將材料屬性賦予坯料
解析剛體無截面屬性，因此對于運動的物體采用在剛體參考點上定義質量的方式為其賦予質量從而確定轉動慣量。原則是剛體質量和坯料質量保持同一個量級。
展開 本文重點分析了火花放電擊穿、摩擦潤滑和壁厚減薄對旋壓構件成形質量缺陷的影響規律。實驗結果表明二硫化鉬是一種理想的潤滑劑，可以顯著地降低旋壓構件和導電工具頭之間的摩擦力，旋壓構件表面粗糙度明顯降低。同時實驗發現壁厚過度減薄和減薄不足都會影響材料的流動特性，進而影響構件的壁厚分布和表面成形質量。
旋壓技術按照旋壓時成形的溫度可分為冷旋和熱旋，材料經冷旋成形后，斷裂強度、疲勞極限等機械性能增強，成形精度高，而塑性降低，熱旋一般用于常溫塑性差的金屬材料（如鈦、鎢、鉬等金屬及其合金）。鈦及鈦合金因其高強度、高密度比和耐腐蝕性良好等優異性能而被廣泛應用于航空航天、武器裝備等方面。在對鈦及其合金進行加熱旋壓時，加熱方式主要為火焰加熱、電阻加熱等方式，加熱過程中模具會產生循環熱應力導致板料軟化，板料易與模具發生粘連產生成形精度低、工件表面起皺等缺陷，加熱溫度難以控制，部分零件表面損傷或污染嚴重。可以通過控制旋壓溫度范圍，保證變形區溫度的均勻性和合理性以實現旋壓過程的穩定，當厚徑比小于1%時，可以通過減少道次減薄率來防止局部失穩。
電流輔助作用對材料變形具有增塑作用，電流輔助成形能明顯提高工件的成形質量及成形效率。電流輔助自阻加熱會引起板料溫度分布不均勻，進而導致變形不均勻，局部不均勻變形會導致局部電流密度及電阻發生變化，會對成形件質量產生一定影響。目前對于電塑性拔絲、軋制、拉伸及微成形等電流輔助成形先進工藝研究較多，但是對于電流輔助成形旋壓成形研究報道較少。本文主要針對TA2純鈦板電流輔助旋壓成形質量控制因素，重點研究分析了板料與導電工具頭之間的火花放電、不同潤滑方式以及壁厚減薄對旋壓構件的成形質量缺陷的影響規律。
實驗裝置及材料
本次實驗采用的是HXP600HD數控強力旋壓機床，實驗裝置如圖1所示。
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曲軸多楔輪旋壓成形工藝分析
零件結構特征及成形工藝
曲軸多楔輪零件結構如圖1 所示，零件整體壁厚分布不均勻：上筒直徑較小、高度較低，但厚度較大；下筒直徑較大、高度較大，但厚度較小。下筒輪緣中部帶有高度為7.57mm的法蘭，齒頂距內側壁4.7mm。
旋壓模擬分析：
（1）旋輪和芯模設置為解析剛體，毛坯為可變形體
（2）芯模與坯料固定，旋輪做進給運動且繞坯料旋轉
（3）量綱的確定：kg-m
前處理：
1.幾何模型構建：ABAQUS建模
2.材料參數的定義：
（1）創建材料：結構鋼
質量——>密度：7850
彈性本構：楊氏模量：2.1e11；泊松比：
1. 項目的工程意義和代表性
大塑性變形（SPD）是制備塊材超細晶粒和納米結構材料的有效手段，是設計具有優良性能的新型金屬材料的一種很有前途的策略。大塑性變形（SPD）技術通過一系列材料加工方法已成為當今材料科學的一個組成部分，通過產生大應變的塑性變形使金屬的微觀結構得到極大的細化，這在傳統的金屬成形操作中是很難實現的。過去幾十年來，從擠壓、軋制和鍛造等傳統工藝發展起來的各種SPD工藝方法可用于生產塊材
說明：本人在技術鄰發表的所有論文均為第一作者原創，未經作者允許，不得轉載。。。
本文重點分析了火花放電擊穿、摩擦潤滑和壁厚減薄對旋壓構件成形質量缺陷的影響規律。實驗結果表明二硫化鉬是一種理想的潤滑劑，可以顯著地降低旋壓構件和導電工具頭之間的摩擦力，旋壓構件表面粗糙度明顯降低。同時實驗發現壁厚過度減薄和減薄不足都會影響材料的流動特性，進而影響構件的壁厚分布和表面成形質量。
旋壓技術按照旋壓時成形的溫度可分為冷旋和熱旋，材料經冷旋成形后，斷裂強度、疲勞極限等機械性能增強，成形精度高
多楔輪旋壓成形工藝分析
圖1 上下非對稱法蘭多楔輪結構
圖1為上下非對稱法蘭多楔輪結構，其中上下法蘭的寬度均為7.3mm，上法蘭存在一個深度1.3mm的錐形凹槽，下法蘭截面呈近似直角梯形。帶上下法蘭結構的多楔輪在旋壓成形過程中可能會出現法蘭欠料、飛邊和內折疊等缺陷。
多楔輪旋壓成形工藝分析
信號輪的結構特征如圖1所示，通過多道次旋壓增厚可使原始厚度為2.5mm的板料局部增厚到6mm。板料增厚部位并非兩邊對稱增厚，上半部板料厚度為0.75mm，下半部厚度為1.75mm，考慮后續加工余量兩邊各加0.5mm，總增厚厚度為6mm，增厚外徑加0.5mm，最終上半部板料厚度為1.25mm，下半部厚度為2.25mm。
鈑制帶輪旋壓成形工藝分析
鈑制帶輪的結構特征
該帶輪的結構特征如圖1所示，帶輪材料為DD13鋼。基本力學性能如下：屈服強度325MPa，密度7.851g/cm3，彈性模量205GPa，泊松比0.29。零件結構特點為帶多楔齒，外壁厚度5.0mm，齒底到外壁內側距離1.68mm，齒頂圓角半徑均為0.30mm，帶輪高度為25.5mm，直徑為143.0mm。
前段時間弄了一個鍛造方面的操作教程，大家應該對Simufact有初步的了解了吧，由于工作原因，這段時間也沒有給論壇做出什么貢獻，把昨天剛給別人寫的Simufact再環軋等旋轉加工方面的教程貼出來吧！有不對之處還請大家多多指教，這些也只是我在日常使用中的一些經驗。俺相信，高手都潛伏在民間啊！俺一個人的精力也有限，本來準備每一個方向的都做一個分析教程出來，可是現在才完成了兩個，如果大家誰有空也可以把自己在日常使用中的經驗發生來給大家分享啊
