基于Deform_3D的AZ31镁合金自行车曲柄等温闭式锻造过程的数值模拟.docx

基于Ｄｅｆｏｒｍ－３Ｄ的ＡＺ３１镁合金自行车曲柄等温闭式锻造过程的数值模拟张祎１，王其军２，王磊２，刘化民２（１．宁波勋辉电器有限公司，浙江宁波３１５８００；２．吉林大学辊锻工艺研究所，吉林长春１３００２５）摘要：通过对镁合金自行车曲柄等温闭式锻造过程进行数值模拟，揭示自行车曲柄锻造变形过程中的金属流动规律，分析速度场和凸模行程载荷曲线的特点。其成形过程分为４个阶段：弯曲变形阶段、杆身压扁阶段、填充型腔阶段和最终成形阶段。研究了温度及工作速度对镁合金等温锻造过程的影响，结果显示，在３５０℃左右的等温环境，凸模的工作速度为３ｍｍ·ｓ－１左右较适合镁合金自行车曲柄等温闭式锻造。关键词：ＡＺ３１镁合金；自行车曲柄；等温闭式锻造；数值模拟ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３９４０．２０１１．０６．０３４中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－３９４０（２０１１）０６－０１３３－０５ＳｔｕｄｙｏｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＡＺ３１ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｂｉｋｅｃｒａｎｋｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃｌｏｓｅｄ－ｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＤｅｆｏｒｍ－３ＤＺＨＡＮＧＹｉ１，ＷＡＮＧＱｉ－ｊｕｎ２，ＷＡＮＧＬｅｉ２，ＬＩＵＨｕａ－ｍｉｎ２（１．ＮｉｎｇｂｏＸｕｎｈｕｉＥｌｅｃｔｒｉｃＡｐｐｌｉａｎｃｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ３１５８００，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｏｌｌＦｏｒｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２５，ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｒｉｇｉｄａｎｄｐｌａｓｔｉｃＦＥＭ，ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｂｉｋｅｃｒａｎｋｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃｌｏｓｅｄ－ｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｍｅｔａｌｆｌｏｗｉｎｇｒｕｌｅｉｎｔｈｅｂｉｋｅｃｒａｎｋｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｒｅｖｅａｌｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄａｎｄｃｕｒｖｅｏｆｄｉｓｔａｎｃｅ－ｌｏａｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｆｏｒｇｉｎｇｃｏｕｌｄｂｅｅｘｐｒｅｓｓｅｄｉｎｆｏｕｒｓｔａｇｅｓｏｆｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｄｉｅｆｉｌｌｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆｉｎｉｓｈ－ｆｏｒｇｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄｓｐｅｅｄｓｉｎ－ｆｌｕｅｎｃｅｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｆｏｒｇｉｎｇｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｂｉｋｅｃｒａｎｋｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃｌｏｓｅｄ－ｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇｗａｓｓｕｉｔａｂｌｅｔｏｂｅｄｏｎｅａｔ３ｍｍ·ｓ－１ｏｆｐｕｎｃｈｉｎ３５０℃ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＺ３１ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙ；ｂｉｃｙｃｌｅｃｒａｎｋ；ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃｌｏｓｅｄ－ｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ镁合金具有独特的优异性能：突出的疲劳无记忆性；较好的动力学性能；与塑料零件相比，具有更好的承受力；相对于钢、铝等金属部件，具有重量轻和极佳的减振特性；机加工性能好；易回收［１４］。因此，人们在追求自行车轻量化的过程中，衬垫最佳断面尺寸。许永超、王忠堂和王志文等［８１０］对镁合金热锻技术进行了研究，给出了ＡＺ３１镁合金热变形的本构方程和等温变形力学特性等。王其军等［１１］对镁合金自行车曲柄等温闭式锻造工艺进行了研究，分析了等温闭式锻造过程。本文借助Ｄｅｆｏｒｍ有限元分析软件模拟镁合金自行车曲柄等温闭式锻造过程，从中提取曲柄毛坯金属流动规律、速度场和凸模载荷行程曲线信息，分析了成形参数镁合金因其出众的性能而日渐受到企业和消费者的青睐。Ｄｅｆｏｒｍ是模拟体积成形的成熟商用专业软件，正在被广泛采用。杜海威等［５］对变径空心锻件锻造过程进行数值模拟优化，减小了产品与模具的接触面积，得出最佳成形方案并在实际生产中得到应用；张昌明、张会［６］采用有限元数值模拟试验，分析了２Ａ１２铝合金的锻模模膛充填能力；ＳａｔｉｓｈａＧＤ等［７］用Ｄｅｆｏｒｍ分析前轴梁的成形过程，改进了对锻造过程的影响，对缩短模具设计周期、降低生产成本和选取设备具有重要的指导意义。模拟条件的设定采用有限元模拟软件Ｄｅｆｏｒｍ－３Ｄ，几何模型是在ＵＧ中构建的，如图１所示。针对ＡＺ３１镁合金自行车曲柄等温闭式锻造过程进行模拟分析，自行车曲柄的基本尺寸整体外形如图２所示，有限元模型及接触情况如图３所示，划分网格后的模型如图４所示。１收稿日期：２０１１