半轴套管法兰预锻热挤压凸模有限元模拟分析

材料进行表面强化处理等，效果都不是很明显。研究人员普遍认为，热挤压的过程中，能够建立很好的成形工艺参数与模具磨损量的关系，就能够更好的指导模具设计和生产，这样能提高模具的使用寿命[3]。

2 半轴套管法兰预锻有限元仿真模拟

2.1 半轴套管法兰预锻有限元模型

半轴套管法兰属于轴对称的工件，运用deform-3d模拟分析其工件的四分之一模型来简化模拟时间。下图1为半轴套管法兰有限元模型及其网格的划分。

2.2 半軸套管法兰热挤压仿真

利用solidworks三维软件造型获得模具的结构和初始坯料的三维几何模型，之后利用另存为转换为通用图形stl格式导入到DEFORM-3D前处理模块中。模拟过程中该坯料材料为45号钢，坯料加热温度我们选用2000℃，材料模型为刚粘塑性流动应力模型=（，T），这里的模具材料为H13，模具硬度HRC为55，初始温度300℃；外界环境温度为20℃，摩擦模型采用塑性剪切摩擦，摩擦系数为0.12，热传导系数为0.004，凸模的成形速度为10mm/s。我们采用实体1/4的模型进行计算分析，坯料的网格划分为100000.凹凸模的网格划分为5000.我们采用Archard磨损模型预测模具在成形过程中的磨损量，其表达式为=，式中，为磨损深度；P为模具表面正压

力；v为滑动速度；a，b，c为标准常数，a，b取1，c取2.K为与材料特性相关的常数，k为2×10-5；H为模具初始硬度（HRC）.

2.3 半轴套管法兰热挤压仿真结果

半轴套管法兰凸模正挤压之前，凸模在下压的过程中，凸模的芯轴先把冲皮冲掉，之后随着凸模下压来完成正挤压过程，图2（a）为正挤压过程中，挤压套筒过程中凸模的磨损情况，我们可以看出凸模磨损开始最大磨损深度为0.0000307，最小为0.0000102.在凸模的作用下使坯料产生轴向变形，在凸模头部磨损深度最大。

镦挤法兰成形工序是半轴套管法兰热挤压工序中非常关键的一环节，对整个工艺的成败巨大。下图2（b）是凸模在368步镦挤的过程中凸模磨损情况，最大磨损深度为0.0000311，最小磨损深度为0.0000104.从图中可以看出最大磨损量依然在形成套管部分，在下压量不断增加的时，镦挤开始形成，套筒处磨损深度开始增加，法兰处出现凸模磨损深度，法兰型腔开始逐渐被充满，大量的金属发生在正挤压变形流入杆部使凸模磨损深度增加。

3 结束语

本文应用DEFORM-3D软件对半轴套管法兰预锻热挤压凸模磨损进行有限元模拟分析，得出不同的下压量对半轴套管法兰成形过程中的影响。通过DEFORM-3D模拟软件的模拟分析，大大降低了模具开发成本，缩短了模具设计周期，提高了生产效率。

参考文献

[1]陈丽军 王海华 等 基于DEFORM的整体半轴套管复合镦挤数值模拟[J]武夷学院学报 2008年10月

[2]孙宪萍 王雷刚 黄 瑶 挤压模具型腔的等磨损优化设计[J] 江苏大学材料科学与工程学院 2007年1月

[3]周 杰 赵 军 安治国 热挤压模磨损规律及磨损对模具寿命的影响[J] 中国机械工程 2007 年9 月

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