3-D有限元分析法對連桿熱成型加工工藝過程的仿真分析
H．Grass,C.Krempaszky*,E.Werner


摘要:
一種完整的用三維熱塑機械法與有限元仿真分析相結(jié)合來加工連桿的技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用。這個生產(chǎn)過程由五次拉軋，然后模鍛組成。工件的所有階段的加工工序的仿真可以用來檢測幾何結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)和本身的力學(xué)性能。結(jié)合檢測的結(jié)果和加工工序本身的參數(shù)如從數(shù)字仿真得到的應(yīng)變和溫度的信息使研究變形程度對它本身微觀結(jié)構(gòu)和機械性能的影響變?yōu)榭赡堋岢尚图庸さ姆抡骘@示出與工件關(guān)于幾何和溫度性能方面的實驗保持很好的一致性。
1. 介紹
當前新的產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的設(shè)計最好是朝著低成本、短時間發(fā)展。介于如果生產(chǎn)設(shè)備被用于測試新的加工工藝，就會使機械成本增加，生產(chǎn)效率降低，有限元仿真分析法將變成一種新增的用于發(fā)展新的加工工藝或者是改進加工工藝的重要工具【1，2】，運用這種仿真工具能減少開發(fā)新產(chǎn)品所必需的成本和時間。
連桿是高動載荷的部件，被用于在燃燒引擎中傳遞力量。連桿毛坯能用鑄造、粉末冶金或者是鍛造等方法來生產(chǎn)【3】。關(guān)于仿真分析法用于連桿鍛造交工工藝的出版物非常少。僅僅是關(guān)于對稱的或者是極其簡單的幾何【4-7】或者是閃光的鍛造連桿被用于研究【5-8】。一個完整的將仿真技術(shù)用于連桿生產(chǎn)整個軋制并且鍛造加工工藝的報道至今沒有過。
鍛造連桿通常是通過幾個末段階段生產(chǎn)出來的。在連桿的幾何形狀被模鍛制造出來之前，原材料必須經(jīng)過拉扎【3】或楔軋【9】成型。足夠的模具填料，合適的材料流，以及材料的最大限度利用率都是預(yù)成型品制造的必需的。
2. 試驗
在這個工作中，拉扎被用來制造預(yù)成型品。經(jīng)過拉扎之后，坯料在鍛模模膛
間壓平，從而進一步被預(yù)先分配。連桿的模鍛由兩個連續(xù)的鍛造步驟組成（預(yù)先鍛造和終期鍛造）。經(jīng)過終鍛，飛邊和連皮被去除了，隨后工件被冷卻到室溫。在工件的成型過程中，工件的表面溫度由一個高溫計測出。工件在如圖1的各個成型階段后被移走。

在連桿微觀結(jié)構(gòu)和機械性能的檢測過程中，從每個加工階段獲取一些樣本。
在圖2中展示了工件樣本在預(yù)鍛之后的一些位置。這些位置都是基于臨界載荷方面的知識和獨立的成型階段間的可比較性的特點來選取的。樣本標記的L是從與工件平行的材料流縱方向上選取的，Q垂直于這個方向。工件打算在形成并且經(jīng)空氣冷卻后進行機械性能的測定。樣本的拉伸試驗在直徑為4mm和衡量長度為10mm的范圍內(nèi)。整個拉伸試驗是根據(jù)歐洲規(guī)范10002[10]進行的。這些樣本都是從熱成型后立即放入水中的工件中取出來用作組織結(jié)構(gòu)測試的。樣本的組織結(jié)構(gòu)是由苦味酸蝕刻劑水溶液與潤濕劑相結(jié)合來顯示的。