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1、数值模拟在枪机框锻件生产中质量控制的应用姚照云，胡治，王浩，喻翔（重庆建设工业（集团）有限责任公司，重庆 400054）摘要：为了提高某机械产品质量、尺寸稳定性，通过对枪机框锻件成形过程的分析和研究，对改进后的锻件状态采用Deform 3D有限元模拟软件进行数值模拟成形分析，确定锻件成形的最佳材料规格大小，预测锻件是否生产缺陷，为生产中质量过程控制与合格率提供指导。关键词：枪机框；数值模拟；缺陷中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1674-6457（2012）05-Numerical Simulation On The Bolt Box For Production Quality Con
2、trol ApplicationYAO Zhao-yun,HU Zhi,WANG Hao,YU Xiang（Chong Qing Jianshe Industry(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 400054,China）Abstract: In order to improve the quality of mechanical products, dimensional stability, through to the bolt box forging forming process analysis and research, the improved forging
3、 condition by using Deform 3D finite element simulation software for numerical simulation and forming analysis, determine the best material for forging size specifications, prediction of forging is defective in the production, for the production of quality process control and conformity to provide g
4、uidance.Keyword:bolt box；numerical simulation；defect枪机框是某机械产品中的重要零部件，其质量对产品的整体性能影响非常大，由于工况较复杂，所以产品的综合机械性能要求较高。为了满足产品制造和技术规范所规定的要求，枪机框必须保持原材料纤维方向的要求，其毛坯需采用锻造加工工艺才能达到要求。锻件生产过程中质量控制尤其重要，对于有缺陷的产品，不仅影响产品外观，严重的将报废。由于工艺设备、后续加工工艺等因素的变化，锻件结构将进行新的改进设计，新改进设计的锻件加工余量小，原材料规格的确定尤其重要，锻件可能出现的外观质量难于预测。为此，借助有限元软件Defor
5、m 3D分析成形过程，预测锻件可能出现缺陷位置1-3，对质量控制提供了理论依据，指导生产实践。1 工艺介绍 枪机框锻件模型如图1所示，零件材料为合金钢30CrMnMoTiA，该零件锻造主要工艺为：下料加热（1 150 ）模锻成形切边校正热处理检验入库。该零件形状复杂，为异形零件，锻造实际生产速度快，中间过程变形情况了解困难，但是用Deform 3D软件可以演示金属成形过程中任意时刻变形情况，对不同时刻产生的金属流动，以及可能产生缺陷的位置进行前期预期，对实际生产质量控制具有指导意义。图1 枪机框锻件模型Fig.1 Bolt box forging model2 有限元模拟锻件及模具设计阶段，通
6、过有限元数值模拟可以动态分析材料的流动规律等，预测是否产生缺陷以及分析可能产生缺陷的位置，指导实际生产过程控制，优化工艺。2.1 模拟参数设置首先依据工艺要求的实际尺寸，进行三维模型设计，计算锻件截面积，确定下料尺寸为36 mm1400-2mm。在UG NX8.0中对坯料和锻件上、下模进行造型，保存为.STL格式，然后导入Deform 3D中。为了减少计算量，假设模具在成形过程中不变形，模具设置为刚性体，工件设置为塑形体，网格划分为6000个。由于成形为高温情况，根据有限元分析方法，采用刚粘性材料原理，设置各工件模拟参数，主要参数设置见表1，有限元模型如图2所示，模拟结果如图35所示1-3。表
7、1数值模拟参数设置Table 1 Numerical simulation parameter Settings项目设定参数材料AISI-10251800-2200F(1000-1200)锻造温度/1150步长/ mm0.32步数119保存步长5停止38摩擦系数0.3热传导系数0.4图2 工件有限元模型Fig.2 Workpiece finite element model容易产生缺陷处图3 75步时成形流动模拟结果Fig.3 75 step forming flow simulation results图4 90步时成形流动速度场模拟结果Fig.4 90 step forming veloc
8、ity of flow field simulation results图 5 温度分布模拟结果Fig.5 Temperature distribution simulation results2.2 模拟结果分析从模拟结果可知，根据图3金属成形流动规律分析，在如模拟图示位置金属最后充满。由金属成形过程分析，在此处容易产生缺陷处，由软件进行测量，容易产生缺陷的位置为距离后端面尺寸1767 mm范围内，在此范围内锻件生产的缺陷主要为折叠（折缝）。在最终成形时，从金属流动速度场分析，在圆弧面处金属流动出现两股金属流动汇合，根据金属流动规律，在交汇处容易产生折叠缺陷4，对产品质量影响较大，严重者造成
9、报废，如图4所示。图5模拟分析了锻件成形过程中温度分布情况，在容易出现缺陷的地方最后充满且温度最高，通过仿真分析锻件形成过程，提早发现问题，在实际生产过程中加强过程控制，避免缺陷的产生1-3。3 生产验证根据三维模型计算的材料规格及CAE模拟成型效果采用36 mm1400-2 mm进行实际生产，通过试模及批量生产，理论计算及模拟的材料规格与实际生产相符，生产的实物如图6所示。图6 锻件Fig.6 Forgeable piece锻件各项指标符合技术要求，小批量生产过程中由于操作不当，在锻件圆弧面处产生折痕，折痕比例达到8.3%，影响产品后续加工及质量，折痕位置如图7所示，这与模拟分析容易出现缺陷
10、的位置完全符合。折痕位置处图7 锻件折痕Fig.7 Forgings crease通过模拟结果及对生产实际过程分析，为了避免此处产生缺陷，根据实际生产过程中的经验，解决措施为每完成一件必须对模具型腔进行清理，均匀涂抹润滑脂，放料时对正型腔，经过对生产过程的严格控制，消除了该锻件圆弧处缺陷，目前进行了大批量生产，未出现缺陷。4 结语1）从理论上分析了枪机框锻件的成形特点，依据相关理论确定比较理想的工艺参数。2）应用有限元仿真技术全面、动态分析了金属在变形流动过程中的流动规律、温度场等5-6；预测锻件产生缺陷的位置，为生产过程中发现问题、解决问题提供了科学依据。3）通过生产试验得到了合格的枪机框模
11、锻试样，验证了数值模拟结果的正确性，为生产过程控制与质量管理部门提供理论依据。5 参考文献1 Deform-3D-V61手册2 胡建军，李小平.Deform-3D塑性成形CAE应用教程M.北京：北京大学出版社，2011.3 张莉，李升军.Deform在金属塑性成形中的应用M.北京：机械工业出版社，2009.4 王仲仁.锻压手册M.北京:机械工业出版社，2004.5 李尚健.金属塑性成形过程模拟M.北京：机械工业出版社，2002.6 彭颖红.金属塑性成形仿真技术M.上海：上海交通大学出版社，1999.单位：重庆建设工业（集团）有限责任公司/CHONGQING JIANSHE INDUSTRY(GROUP)CO.,LTD 重庆市巴南区花溪工业园建设大道1号400054投稿时间：2012.8.30个人简介：姚照云（1985年），男，重庆，本科，助理工程师，从事精密锻造、挤压方面工作。