基于DEFORM_3D的曲轴锻造模具应力分析.docx

基于 DEFORM-3D 的曲轴锻造模具应力分析石然然， 李名尧， 王 波， 张报建， 李晓霞(上海工程技术大学 材料工程学院 ， 上海 201620)摘 要 ：利用有限元软件 DEFORM-3D 对曲轴预锻和终锻成形后的模具进行了应力分析 ，得 到 了 应 力 分 布 ，阐 述 了容差值对模具应力的影响 ；进一步分析了模具的应力集中现象 ，以改善模具结构 、提高模具的使用寿命 。 研 究 结 果 可 为曲轴锻造成形模具的设计提供参考 。关键词：曲轴； 模具应力； 容差值； DEFORM-3D； 模具寿命中图分类号：TG315.2文献标识码：A文章编号：1001-3814(2014)03-0121-03Die Stress Analysis of Crankshaft Forging Based on DEFORM-3DSHI Ranran, LI Mingyao, WANG Bo, ZHANG Baojian, LI Xiaoxia(School of Materials Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)Abstract：Die stress analysis of the crankshaft after pre-forging and final forging was carried out by using finite element software DEFORM-3D.The stress distribution was obtained and the influence of error tolerance on the die stress was explained. The phenomenon of die stress concentration was further analyzed to improve the die structure and enhance the life of the die. The study results can provide a reference for the design of crankshaft forging die.Key words：crankshaft; die stress; error tolerance; DEFORM-3D; die life曲轴是轿车发动机的关键运动部件 ， 在其成形 过 程中模具需 长期承受 高 负 荷 的 载 荷 ，很 容 易 造 成 模具的破裂。 模具质量是保证合格曲轴生产的重要 因素， 而模具寿命的高低是衡量模具质量的重要指 标之一。 为了避免模具失效造成的损失， 一般方法 是增大模具壁厚，采用强度更高、价格更贵的模具材 料，这样做虽然能在一定程度上提高模具寿命，但没 能真正达到降低模具成本的目的。 曲轴模具寿命与 模具应力有直接关系， 过高的模具应力容易使模具 破裂失效。本 文 基 于 DEFORM-3D 软 件 对 曲 轴 模 具 进 行 应力 分析，得出曲 轴模具 应 力 分 布 规 律 及 容 差 值 对 模具应力的影响，以找到模具容易破裂部位，改善模 具设计结构，提高模具使用寿命。1有限元模型的建立1.1 曲轴三维几何模型图 1 为利用 Solidworks 绘制的曲轴热终锻件三收稿日期:2013-03-28基金项目:上海市教育委员会科研创新资助项目(12ZZ183)；上 海 工 程 技术大学研究生科研创新资助项目(2012yjs13)作 者简介:石然然(1988-),女,河北保定人,硕士研究生,主要研究方向:模具 CAD/CAE/CAM; 电话mailto:shi_rr@163.comE-mail:shi_rr@163.com图 1 热锻件三维模型Fig.1 3D model of hot forging for crankshaft维模型图。 之前已对曲轴锻造成形的工艺及模具设 计进行了优化。 确定了飞边槽结构、连皮厚度、分型 面圆角的大小， 改善了填充情况， 提高了材料利用 率，降低了成形载荷[1-2]。本文采用最优化曲轴锻造成 形工艺及合理的模具进行模具应力模拟， 得出模具 应力分布规 律。 具体成形 参 数 设 置 为 ：阻 力 沟 + 阻 力墙飞边槽，连皮厚度取 6mm，分型面圆角取 8 mm， 预锻与终锻长度比例取 0.998， 宽度比例取 0.95，高 度比例取 1.09。1.2 模具应力求解方案对于成形复杂的曲轴而言，