JX1030半轴套管体的工艺设计与模拟分析(三)

发布时间:2018-09-15 08:25    

四、反挤压工艺的设计与模拟:

反挤压工艺方案为:下料——加热——镦挤制坯——闭式反挤——反挤成形。其工艺过程如下图所示。

1、棒料选择:根据制坯锻件的形状,可以选择的棒料直径有两种,一种是与杆部直径接近的φ60圆棒料,制坯以镦挤方式成形,另一种是与大端直径接近的φ95圆棒料,制坯以正挤压方式成形。我们选择φ60mm棒料,根据体积不变原则,确定下料长度为200mm,高径比为3.33,由于杆部与棒料直径相当,其实际变形部分高径比为2.1,满足锻件镦粗比的要求。

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φ60x200 mmxmm。其中,棒料的选择略小于凹模内径,能够便于棒料定位,防止镦挤变形中棒料弯曲现象的发生。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去氧化皮机去除棒料表面的氧化皮。

3、镦挤制坯:将加热后的棒料放入制坯模膛内,棒料主要以镦挤方式成形。A、该工步主要在于整形,所以在生产中,锻件允许存在轻微的不充满。B、该工序的材料变形率为48%,在材料允许的变形范围内。C、计算镦挤变形力为1630kN。

4、反挤压预锻:预锻变形为反挤压冲孔和镦挤变形的封闭式复合挤压过程。A、该工步要求锻件大端部分成形,需要采用封闭成形,当使用热模锻压力机进行生产中,需要在模具工装设计上采用弹性装置或给出容料空间,以容许锻件体积的轻微变化,避免完全封闭而损伤设备和模具,当使用螺旋压力机时,也要注意控制设备能量的大小。B、计算该工步的材料变形率为39%,在材料允许的变形范围内。C、计算挤压变形力,其反挤压力为600kN,镦挤压力为2290kN。

5、反挤压成形:将预锻件放入反挤压凹模内,锻件大端不参与变形,只有杆部以反挤压方式成形。A、在实际生产中,该过程需要控制冲头的下死点,避免锻件连皮过薄。B、计算材料变形率为39%,在材料的允许变形范围内。C、计算终锻成形力,可得镦挤变形力为1220kN。

6、设备选择:按照各工序的计算结果,各工序分别选择设备的最小吨位为:2000kN;4000kN;1800kN。当然也可以选择热模锻压力机等设备进行连续锻造,则只需按照各工序中最大的成形力,同时考虑锻件能够取出等,选择适当的设备即可。

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、各工序的模拟吨位分别为2250kN;2600kN;660kN。

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、各工序的冲头高温部分均分布于冲头小端圆周,这是由于冲头该部位与热锻件紧密接触时间长和剧烈摩擦造成的,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,降低冲头温度的剧烈升高。2、各工序的冲头的高温区在冲头端部,此部位在实际生产中会发生模具材料的蠕变变形,从而造成冲头直径和锻件孔径的增大,造成产品的报废;因此,需要及时修磨掉变形的部位,以保证锻件质量。3、虽然各工序的冲头温度较高,但其分布区域仅在于小端表层1.5mm范围内,整体温度并不高。在实际生产中,可以对该部位进行渗氮处理,提高表层硬度和耐磨性,提高冲头的使用寿命和保证生产效率。

当选用机械压力机等设备时,锻件的成形速度快,模具与锻件的接触时间只有零点几秒,模具的温升就会大大降低,模具的蠕变变形也会延缓。另外,由于变形时间短,锻件变形热会使锻件温度升高,为避免锻件过热或过烧,需要恰当选择锻件的始锻温度。

综上所述:

1、按照反挤压的思路来考虑和设计该锻件的方案是可行的。通过镦挤制坯、反挤成形大端、反挤成形杆部的方式逐步成形零件,简单可靠。

2、该工艺需要加强反挤压变形的壁厚不均匀等问题的控制,保证锻件内外径同轴度。