法兰长杆件摆动辗压成形过程模拟技术

下面简单介绍采用DEFORM^TM3D软件进行法兰长杆件摆动辗压模拟的一个例子。

1.法兰长杆件摆辗成形的有限元模型

图9-1-11所示为摆辗工艺示意图。该工艺的特点是：在摆辗过程中主要依靠头部的镦粗变形来获得法兰部分，其余杆部基本不发生塑性变形。根据实际情况进行如下假设：模具在加载过程中保持刚性状态；略去变形中的温度效应；采用刚塑性材料模型进行计算，模拟坯料的材料为A5。

采用四节点四面体等参元进行力学模型的离散化，根据以往的实验结果，坯料仅头部在形成法兰时有显著的塑性变形，杆部仅上端靠近法兰的部分有一定的塑性变形，但变形量很小，所以，对工件的网格划分采取了头部局部加密的方式。坯料被划分为11821个单元，2545个节点，如图9-1-12所示。在计算过程中随着变形量的增大，单元的形状将发生畸变，影响模拟的顺利进行，必须进行网格重划，因此单元和节点的数目略有变化。

图9-1-8 变形第一阶段工件的等效应变分布

a）行程=9.0mm b）行程=41.9mm

图9-1-9 法兰成形过程中的等效应变速率分布（s^-1）

a）行程=0.18mm b）行程=3.00mm

图9-1-10 冲头内部轴向应力分布（MPa）(www.xing528.com)

a）反挤 b）拔出冲头

根据摆辗工艺的实际情况，模拟过程被分为两个阶段，第一阶段摆头的运动为自转、公转和轴向进给三种运动的合成，直到坯料法兰部分的高度已经满足尺寸要求为止；第二阶段摆头的运动仅为自转、公转的合成，轴向运动停止，直到将坯料上表面辗平为止。

2.成形过程的有限元模拟结果

该成形过程的模拟摆头共回转28r（ωt=56π），前26.57r（ωt=53.15π）为第一阶段，摆头摆辗进给3.8mm，达到工件法兰部分的高度；后1.43r为第二阶段，摆头停止进给、仅发生摆动，将工件上表面辗平并使下模充满。

图9-1-11 销类件头部摆辗成形示意图

1—上模 2—下模 3—滑块 4—导轨 5—工件 6—垫板 7—模座

图9-1-12 坯料初始网格

图9-1-13所示为摆辗过程中坯料的网格变化。图9-1-14所示为摆辗过程子午面上的环向应力场和应变速率场。图9-1-15所示为摆辗过程结束时工件子午面的等效应变分布和损伤因子分布，图9-1-16所示为有限元模拟计算出的摆辗力随摆头行程的变化曲线。可见，当摆辗刚刚开始的时候，摆头由开始接触工件到压入工件，接触面积扩大较快，因此摆辗力迅速增大，然后进入稳定的摆辗变形阶段，摆辗力缓慢而稳定地随着行程的增大而增大，到摆辗过程后期，由于工件法兰部分已初步形成，法兰部分下表面和侧面与下模发生接触，材料变形阻力增大，因此摆辗力再一次迅速增大。