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彎頭知識

三通管接頭多向模鍛成形有限元建模

作者:孟村彎頭 時間:2019-07-19 09:27
1、幾何模型
      根據多向模鍛基本原理和三通管接頭的熱鍛件尺寸,運用Pro/E三維建模軟件,建立用于有限元模擬的幾何模型,包括可分凹模、垂直沖頭、水平沖頭和坯料,如圖3-2。垂直沖頭和水平沖頭的形狀根據熱鍛件的內孔型腔尺寸確定。可分凹模分為兩個半模,根據熱鍛件的外輪廓尺寸確定其模腔尺寸,并根據鍛件的幾何形狀選其幾何對稱面作為分模面。根據三通管接頭的形狀特點,選用圓柱形坯料。此外,為避免在Deform-3D模擬軟件中進行繁瑣的裝配工作,將上述所建的幾何模型在Pro/E軟件中進行合理的裝配。由于在有限元模擬過程中不考慮可分凹模的合模過程,故將可分凹模裝配為合模狀態。根據文獻的研究結論,將圓柱坯料按平行于水平沖頭的方向放入可分凹模型腔。裝配完成后,通過Pro/E三維建模軟件的導出功能,將各組建導出為STL文件,再將STL文件導入Deform-3D有限元模擬軟件,從而完成在有限元模擬軟件中的幾何模型的建立工作。
等徑三通管接頭多向模鍛有限元模型
2、網格劃分
      本文采用剛塑性有限元法研究三通管接頭多向模鍛成形工藝。為保證有限元模擬結果的準確性,節約有限元運算時間,需選擇合理的網格劃分方式和網格重畫分技術。本文中將坯料設置為塑性體,采用絕對網格劃分方式和四面體網格類型,對坯料進行網格劃分,初始網格總數為43444(最小網格尺寸0.8mm,尺寸比4)。同時采用整體重劃分網格技術,防止因網格畸變嚴重而導致運算不收斂。此外,不考慮模具在成形過程中的彈性變形,將模具設為剛體。但為了實現坯料與模具間溫度場的合理計算,對沖頭與可分凹模進行網格劃分。文中采用相對網格劃分方式和四面體網格類型進行網格劃分,網格數分別為:垂直沖頭-30000,水平沖頭-30000,可分凹模-40000。
3、材料模型
      本課題所研究的三通管接頭的材料為AISI-1025鋼,其材料參數從Deform-3D軟件的材料庫中導入。由于采用熱鍛工藝成形三通管接頭,故需將坯料加熱到可鍛溫度內,同時為有效減小成形力,故需將坯料的加熱到可鍛溫度的高溫區,其始鍛溫度為1150℃。由于模具在使用前需要進行良好的預熱,從而保證模具的使用性能和使用壽命,故在有限元模型中將模具初始溫度設為300℃。
4、邊界條件
      為建立準確的三通管接頭多向模鍛成形的有限元熱力耦合模型,需定義合理的摩擦條件和熱交換條件。由于三通管接頭多向模鍛成形過程為大塑性金屬成形過程,因此其摩擦條件選用大塑性變形常用的剪切摩擦,其表達式為公式(2-2)。此外,坯料與模具的存在熱傳導,坯料與周圍環境之間也存在熱傳導,以及坯料本身因塑性變形而產生功熱轉換,因此需在有限元模型中設置相應的參數。該有限元模型的基本的模擬參數如表3-1所示。
有限元模型的基本的模擬參數
5、沖頭運動路徑方案
       根據三通管接頭的鍛件形狀及模具結構,制定了三種沖頭運動路徑的工藝方案:三向同步運動路徑,三向異步運動路徑,雙向同步運動路徑。三種工藝方案的沖頭運動過程分別為:
       三向同步運動路徑:垂直沖頭沿縱向方向(z軸),兩個水平沖頭沿著橫向方向(x軸)同時同速運動,并同時到達最終沖頭位置,其加載速度為30mm/s。
       三向異步運動路徑:第一階段為水平沖頭1和水平沖頭2沿橫向方向(x軸)同時同速對坯料進行擠壓,達到最終沖頭位置后停止運動,加載速度為30mm/s,此過程中垂直沖頭不對坯料施加載荷;第二階段為水平沖頭1和水平沖頭2固定不動,垂直沖頭沿縱向方向(z軸)對坯料進行擠壓并到達最終位置,加載速度為30mm/s。
       雙向同步運動路徑:由于上文所設計的模具結構、坯料尺寸和坯料的擺放方式,使得垂直沖頭能夠通過空載運動先到達最終位置,因此整個成形過程中垂直沖頭位置固定,成形過程僅為側向沖頭1和側向沖頭2沿著坯料軸線方向(x軸)同速加載,加載速度為30mm/s。
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