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JX1030半轴套管体的工艺设计与模拟分析(七)

八、多向模锻工艺的设计与模拟:

针对锻件形状,将锻件进行预制坯后,放入多向模锻压力机中进行闭式成形。工艺方案为:下料——加热——预制坯——多向模锻成形。其工艺过程简图如下所示。

1、棒料选择:根据制坯锻件的形状,选择的直径为φ80mm的圆棒料,棒料以镦挤方式成形。根据体积不变原则,确定下料长度为111.5mm,棒料高径比为1.39,满足锻件镦粗比要求。

2、下料和加热:采用自动带锯机或高速圆盘锯下料,保证棒料端面平整,要求端面斜度≤2mm,下料尺寸为φ80x111.5 mmxmm。其中,棒料的直径略小于凹模底端的内径尺寸,能够便于棒料定位,防止镦挤时的不均匀变形,而产生纵向毛刺。锻件加热采用中频感应加热炉,其功率根据生产节拍和坯料尺寸及材质确定,45#钢的加热温度为1050--1150℃。棒料加热后可以采用镦粗方式或去氧化皮机去除棒料表面的氧化皮。

3、预制坯:将加热后的棒料放入制坯模膛内,棒料主要以先镦挤后正挤的复合挤压方式成形。A、该工步允许锻件存在一定的不充满。B、该工序的材料变形率为59%,在材料允许的变形范围内。C、计算镦挤变形力为2700kN。

4、多向模锻闭式成形:将预制坯件放入终锻可分凹模模膛中,依靠预制坯件的外径定位。待可分凹模闭合后,锻件先在左冲头作用下正挤压成形大端部分,然后在右冲头作用下继续反挤压成形锻件杆部。A、锻件在封闭型腔内成形,冲孔连皮在中间 ,通过设备的压力限位保证锻件充满。 B、该工序通过分段变形来成形锻件,其材料变形程度为39%,在材料允许的变形范围内。C、计算反挤压变形力为1100kN。

5、设备选择:按照各工序的计算结果,预锻工序选择4000kN的普通设备终锻工步选择至少为20000kN的多向模锻成形设备(主要需要保证可分凹模在工作时始终保持在闭合状态)。

以下为使用deform-3D对上述工艺进行模拟的结果:

1、成形过程的视频:

2、模拟成形压力和锻件温度:

该锻件为回转体锻件,模拟过程采用1/10进行计算。每道次模拟的温度和压力结果如下图所示。

从成形视频和截图可以看出:1、其主要变形区的温度均在锻造温度范围内;2、预制坯工序的模拟成形吨位为3500kN;多向模锻成形工序的左右冲头成形压力分别为1200kN、660kN;最终的封闭式成形的吨位为5500kN,可分凹模的闭合压力选定为20000kN。

3、锻件折叠缺陷的倾向:

从锻造模拟过程的金属流动可以看出,各工序的金属流动方向一致,没有金属的汇流、紊流等现象,即不存在折叠现象。

4、模具温度与速度的选择:

模拟过程中的模具预热温度为250℃,成形速度是按照锻造油压机的工作特性选择的,为40mm/s,则模拟的各工序结束时的模具温度如下所示:

可以看出:1、预锻终了时的冲头最大温度比较高,这是由于冲头与热锻件长时间紧密接触和剧烈摩擦造成的,可以通过选择摩擦压力机或热模锻压力机等快速设备来减少冲头与锻件的接触时间,降低冲头温度的升高;也可以采用神丹等热处理手段来提高模具表面硬度和增加模具耐磨性。2、多向模锻成形是采用左右冲头逐步成形方式,则左冲头与锻件长时间接触后,温度上升剧烈。

综上所述:

1、采用多向模锻设备来生产该锻件的方案是可行的。通过预制坯、多向模锻闭式成形,简化生产过程,方便可靠。

2、该工艺也可尝试采用左右冲头同时进给的方式成形锻件。

3、当选择普通设备进行多向模锻时,模具结构可设计出飞边槽容纳多余金属,避免设备过载。