曲拐锻造过程模拟与实验研究.ppt

喇叭口 在弯锻过程中，弯曲部位内表面材质向两侧凸起，这部分堆积的材质阻碍弯曲部位材质的正常流动，内表面的压应力使得凸起部分的流动方向逐渐偏向两侧的贴模方向，而不是完全沿着曲臂方向，这样就造成曲臂根部的横截面尺寸减小，在最终精整后形成“喇叭口”形状的缺陷。 喇叭口缺陷的产生 (a) 冲头行程为0.80m时坯料的状态 (b) 弯锻后坯料的尺寸 (d) 图2－13 冲头行程为0.80m时b-b剖面尺寸图 （c）冲头行程为0.80m时a-a剖面尺寸图 (e) 弯锻后将开口压至约1.5m (f) 插入舌板后开始精整 (g) 精整前坯料尺寸 (h)精整过程中坯料的形状 (i) 精整完毕 (j) 精整后坯料轮廓图 精整完后坯料a-a剖面曲柄部位尺寸 精整后曲拐b-b剖面尺寸图 精整后曲拐正面尺寸 精整后曲拐侧面尺寸 实际弯锻加工后曲拐尺寸简图 图2－24 冲头行程为0.7865m时应力分布图 图2－25 冲头行程为0.7865m时还原成初始尺寸图 “细腰”形缺陷的产生 由于曲臂与下模之间存在较大的摩擦力，使得外表面沿曲臂方向伸长，其变形过程类似单向拉伸实验，当塑性变形较大时，在中间部位发生颈缩，曲臂外表面受两向或三向拉应力作用，这样就形成了 “细腰”形缺陷。 (a)曲拐内表面典型位置的主应变张量 (b)曲拐内表面典型位置的主应力张量 裂纹缺陷的产生 弯曲部位内表面的静水压和表面拉/压应力情况 曲拐内表面受两向压应力作用而造成表面积减小，表面已氧化的金属汇合在一起易形成折叠，使金属的承载面积减小，造成应力集中，而该位置的单元在垂直表面方向发生拉伸变形，材质向弯曲方向外侧流动，因此有可能将折叠从表层带入坯料内部，折叠尾端有可能会扩展成裂纹。 (a)曲拐侧面典型位置的主应变张量 (b)曲拐侧面典型位置的主应力张量 裂纹缺陷的产生 弯曲部位内表面的静水压和表面拉/压应力情况 靠近内表面单元2231受拉应力作用，其值不断增大，由于该位置在变形过程中不断向外侧凸起，形成“鼓肚”，因此一旦有表面裂纹产生，将在拉应力的作用下迅速向内部扩展，扩展的方向垂直于外侧表面；靠近外表面单元2319在变形初期受到较大拉应力作用，以后由于外表面单元贴模而使其拉应力减小。 (a)曲拐外表面典型位置的主应变张量 (b)曲拐外表面典型位置的主应力张量 裂纹缺陷的产生 弯曲部位内表面的静水压和表面拉/压应力情况 曲拐外表面由于与下模接触，致使温度降低，塑性下降，单元受两向或三向拉应力作用。当弯曲进行到8~10s左右时，单元3257和3389的静水压均出现极小值，说明此时该位置与下模接触最紧密。值得注意的是，单元3389出现极小值的时间较单元3257早，这说明边缘位置单元较中心位置单元贴模早，到后期两个位置的贴模程度才逐渐趋于一致。 由以上分析可知，曲臂外表面由于温度降低，并受较大的拉应力作用，塑性较差，产生裂纹的危险最大；曲臂侧面由于形成鼓肚，表面受拉应力，一旦形成裂纹，则很容易扩展；曲臂内表面受三向压应力作用，塑性较好，不易产生裂纹。 裂纹缺陷的产生 第一种工艺方案的实验研究 曲拐的解剖图 方案一模拟的结论 1）弯锻前毛坯的形状及尺寸分配是决定最终产品好坏的最重要因素。锻前毛坯各个部位的体积分配直接影响着弯锻过程材质的流动方向。 2）通过对曲拐上严重塑性变形区域内受力情况的细致分析，得到了弯锻过程的应力应变场。将曲拐的变形分为三个区域，即曲臂末端部分、曲臂与曲柄销连接部分和曲柄销部分，系统地研究了曲拐的塑性流动机理。 3）详细分析了曲拐与模具的接触情况，发现曲臂外侧与下模的贴模情况为：边缘部位发生贴模时，中心部位尚未贴模，曲臂外表面为向内凹的曲面。曲臂外侧的变形情况类似拉伸实验的颈缩，产生了“细腰”形缺陷。 4）曲臂表面在弯曲的过程中由于材质堆积而向两侧流动，造成两侧“鼓肚”和“喇叭口”缺陷的产生，经过精整后喇叭口缺陷依然存在，造成曲拐内侧开档尺寸不足。 5）通过对曲拐上典型位置单元的静水压和表面拉/压应力的演化情况分析，预测了不同位置的裂纹产生倾向，发现弯曲部位的外表面边缘和侧面鼓肚部位是裂纹最容易产生的位置。 改进方案的提出 由以上分析可知，锻前毛坯的形状以及毛坯与模具的接触情况是决定产品最终好坏的关键因素。针对该工艺条件下出现的“细腰”、“喇叭口”、“裂纹”等缺陷，提出改进性方案如下： (1)对于出现的“鼓肚”和“喇叭口”问题，可通过减小毛坯中部的 尺 寸来解决，这样可以减轻弯曲过程中材质的堆