基于有限元模拟花套冷挤压成形及模具设计：Cold extrusion forming and die design based on finite element simulation
2016年第1期冷加工/附件/工装花套是汽车起动机单向器的核心零件,具有形状复杂、受力大及要求寿命长的特点。传统的花套成形采用数控加工,切削量大、材料利用率低,且很难保证强度。冷挤压成形是一种绿色高效的加工方法,冷挤压后的零件流线完好、强度高,且挤压后的零件经过少量切削即可,是一种非常环保的加工工艺。然而冷挤压过程中,材料的变形抗力大、模具磨损大、模具寿命低,致使冷挤压的研究非常困难。本文结合数值模拟技术,对花套的冷挤压成形过程的模具设计及成形力进行模拟优化,并进行了试验验证。1. 成形方案花套零件如图1所示,结构复杂。材料为20CrMo。采用两种方案进行成形,如图2所示。第一种方案是采用坯料经过第二步的中间态,然后成形,分为两步。第二种方案是采用坯料直接一步成形到最终形状。图3所示是两步成形的模具剖视图,图中坯料均进行了球化退火,并且经过磷皂化处理。图4所示是一步成形模具,其坯料与第一种方案相同。基于有限元模拟花套冷挤压成形及模具设计■■康灵集团有限公司(浙江金华 321304)姚■■杭州电子科技大学机械工程学院(浙江 310018)陈磊摘要:冷挤压是一种非常先进的绿色加工工艺,非常适合传动零件的坯料加工。根据花套的零件技术特点,确定了两种挤压方案,设计了挤压模具。基于数值模拟对零件成形过程进行了分析,得到了最佳的成形方案。数值模拟结果与试验对比证明了模拟的正确性。图1 花套零件(a)坯料(b)中间态(c)最终形状图2 成形方案(a)中间态成形(b)最终成形图3 两步成形模具图4 一步成形模具2. 结果与讨论(1)两步挤压分析。图5所示为中间态挤压过程的数值模拟栏目主持:庞?雪2016年第1期冷加工/附件/工装结果。从图5a可以看出,应力最大(870MPa)出现在中间的圆角处,此处的变形最剧烈、流动最大且应变最大(见图5b),挤压力(见图5c)也非常大,×106N。图6所示为最终形状挤压过程的数值模拟结果。从图6可以看出,应力最大(880MPa)出现在中间平台处,此处也是变形最剧烈的地方,材料需要从此处向上和向下流动。一旦流过后,应力立即减小。平台处也是应变大的区域。,比第一步小。(2)一步成形分析。图7所示为一步挤压的模拟结果。从图7可以看出,挤压应力最大也是出现在平台处,与两步挤压的第二步类似,最大压力达到874MPa,也与两步挤压的第二步相差不大。应变也是在平台处最大,,与两步挤压的最大应变也类似。×106N,比两步成形过程的挤压力都要小得多。
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