盘式转向节模锻的有限元模拟与实验研究

摘要

通常新产品的开发都会制定多种工艺方案，如果每种工艺方案都进行生产实验势必会造成成本的增加。利用有限元数值模拟可以获得相应工艺方案在实施中的应力场、应变场以及载荷行程曲线等信息，可以方便地对产品开发的工艺方案进行量化比较，为决策奠定技术基础。
　　 本文分析了盘式转向节的结构特点并结合工厂现有设备情况，初步确定了盘式转向节锤上模锻和热模锻压力机上模锻两种工艺路线。本文使用三维有限元分析软件Deform3D对新开发的盘式转向节的几种工艺方案进行数值模拟。
　　 通过对三种预制坯形状进行模拟，确定了锤锻盘式转向节时预制坯的最终形状及尺寸，给出了锻造所需要的锤锻次数。模拟证明了盘式转向节锤锻工艺的可行性，据此进行了生产试制，锻造出了合格的锻件。但在试制过程中发现16T电液锤上生产出的盘式转向节，表面质量较差，后续的机加工余量较大。
　　 为适应该产品批量生产，拟在6300T热模锻压力机上生产该转向节。但是该盘式转向节需要的成形力超出了6300T，结合工厂的实际情况修改了锻件的设计。对改型后的分体转向节制定了几种工艺方案，通过分析确定了机锻分体转向节的几个工步(镦粗→挤压→预锻→终锻)。镦粗过程初选了三个镦粗量(50mm、80mm、100mm)；挤压过程坯料预选两种放置方式(竖放或横放)；预锻模具初步设计了开式和闭式两种；终锻过程模具设计成开式。为了比较不同工艺方案的优劣，采用Deform3D对相应方案进行模拟。
　　 模拟结果表明：镦粗量为80mm时挤压工步填充情况最佳；挤压工步采用闭式模锻所需的成形力是开式模锻的65[％]，杆部填充情况也比开式模锻好，锻坯竖放在挤压下模上；预锻时开式模锻比闭式模锻填充情况要好，挤压力为闭式模锻的73[％]，该预锻件能够生产出合格的锻件。
　　 最后，对模拟中选出的工艺方案进行了生产试验，通过试制成功锻造出了合格的锻件。盘式转向节的生产试制表明：模拟结果是可靠的，为新产品试制奠定了理论基础，缩短了试制周期，降低了试制成本。