文/李偉·泛亞汽車技術(shù)中心有限公司柳州分公司張峰·上汽通用五菱汽車股份有限公司

基于QFORM分析的鍛造工藝優(yōu)化

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模擬過(guò)程

QFORM系統(tǒng)

QFORM軟件由俄羅斯Quantor公司研制，是專門用于金屬塑性成形的模擬軟件，可以比較精確地對(duì)鍛件的各工藝過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。QFORM軟件在金屬成形方面處于領(lǐng)先水平，模擬速度快，操作者容易掌握，適用于模擬冷鍛、溫鍛、熱鍛，也可以模擬粉末鍛造和鐓鍛工藝。適用的鍛造設(shè)備有機(jī)械壓力機(jī)、螺旋壓力機(jī)、液壓機(jī)、鍛錘和多錘頭壓機(jī)等。

數(shù)學(xué)模型的建立

該產(chǎn)品的上、下模具模型如圖2、3所示。

圖2 上模模型

圖3 下模模型

此次模擬對(duì)圓棒料直接鍛造和輥鍛后鍛造兩種產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)見表1，確認(rèn)輥鍛工藝是否可行，是否可以增加材料利用率，流線是否流暢。

表1 兩種工藝對(duì)比

模擬過(guò)程描述

⑴打開QFORM-3D，導(dǎo)入所要模擬的坯料和上、下模具的模型文件。在此，建議使用*.Stp文件格式進(jìn)行網(wǎng)格化分設(shè)置。網(wǎng)格化分值越小，模擬結(jié)果越準(zhǔn)確，但模擬計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)，操作時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況作相應(yīng)的取舍。

⑵鍛造設(shè)備使用3t空氣錘。在QFORM軟件購(gòu)買初期，就需要把公司內(nèi)所有設(shè)備的參數(shù)添加到軟件中，這樣便于后期直接選擇使用。當(dāng)然，也可以由操作者直接在QFORM的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行添加。

⑶零件的材料為45鋼，模具的材料為H13。

⑷設(shè)置符合實(shí)際情況的模擬條件，如坯料初始溫度、模具溫度和石墨乳脫模劑等。

⑸設(shè)置完畢后保存好，開始進(jìn)行模擬計(jì)算。

模擬結(jié)果與分析

根據(jù)模擬結(jié)果顯示，現(xiàn)有方案流線合格，但飛邊過(guò)大，材料利用率低，如圖4所示。減少圓棒料長(zhǎng)度使用輥鍛工藝進(jìn)行制坯的工藝流線完全符合客戶要求，且沒(méi)有不滿模、欠肉及折疊情況發(fā)生，飛邊比例較均勻，優(yōu)化方案可行。并且材料利用率可以由76.76％提升到93.24％，如圖5所示。

圖4 現(xiàn)有方案模擬分析

圖5 優(yōu)化方案模擬分析

實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)實(shí)際試模，飛邊形式與模擬結(jié)果基本一致，如圖6、7所示，證明了QFORM模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，也從實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中驗(yàn)證了優(yōu)化方案的可行。

此次模擬結(jié)果與實(shí)際驗(yàn)證的對(duì)比，理論模擬與實(shí)際生產(chǎn)的高度一致性，為今后工藝優(yōu)化、新產(chǎn)品開發(fā)等項(xiàng)目奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，為CAE分析與生產(chǎn)實(shí)際有效地結(jié)合累積了一定的經(jīng)驗(yàn)。

圖6 優(yōu)化方案飛邊展示

圖7 現(xiàn)有方案飛邊展示

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)模擬結(jié)果確認(rèn)了工藝優(yōu)化可行，提升了材料利用率。這一案例也為用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)代替生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試模，將CAE分析應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中的可行性做了明確驗(yàn)證。除本文闡述的工藝優(yōu)化外，QFORM軟件還可以應(yīng)用在通過(guò)對(duì)模具的計(jì)算，可以看到模具的應(yīng)力集中情況、溫度分布情況，進(jìn)而對(duì)模具壽命進(jìn)行估算。也可以用于對(duì)鍛件的幾個(gè)工藝方案進(jìn)行選擇，獲取應(yīng)力、應(yīng)變、載荷等工藝評(píng)估與優(yōu)化模型所需要的相關(guān)工藝參數(shù)，大大減少工藝開發(fā)的試模成本，從而提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。