大型饼类锻件漏盘镦挤工艺数值模拟与优化

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1、第28卷第3期广东海洋大学学报Vol.28No.32008年6月JournalofGuangdongOceanUniversityJun.2008大型饼类锻件漏盘镦挤工艺的数值模拟与优化1222倪利勇,王傲冰,张莉萍,于锁清（1.广东海洋大学工程学院广东湛江，524088；2邢台职业技术学院机电系，河北邢台，054035）摘要:对带凸台的大型饼类锻件，可采用漏盘镦挤工艺进行生产。针对该工艺，利用ANSYS的APDL语言建立了镦挤过程的参数化有限元模型，采用0阶优化法，对该工艺进行了优化分析，对漏盘结构参数和变形后的坯料尺寸进行了定量分析，为确定漏盘镦挤工艺参数提供了有益的指导。关键词

2、:大型锻件；镦挤；有限元；数值模拟中图分类号：TG316文献标志码：A文章编号：1673-9159(2008)03-0071-03NumericalSimulationofStrainFieldforUpsetting-ExtrudingProcessforHeavyDisk-ShapedForgings1222NILi-yong,WANGAo-bing,ZHANGLi-ping,YUSuo-qin(1.SchoolofInformation,GuangdongOceanUniversity,Zhanjiang524088,China;)Abstract:Foraheavyforgi

3、ngwithbulge,theupsetting-extrudingprocesscanbeadopted.TheparametricalFEMmodeloftheupsetting-extrudingprocessisbuiltupwithAPDLlanguageofthesoftwareANSYS.Zero-orderoptimizationmethodisadoptedtoconducttheoptimization,andtoanalyzequantitativelythestructureparametersofthesupportingringanddeformedbil

4、letdimensions,supplyingbeneficialdirectionsfortheprocessparametersdeterminationoftheupsetting-extruding.Keywords:heavyforgings;upsetting-extruding;finite-element；numericalsimulation大型饼类锻件是在液压机上进行锻造的典型板镦粗（或平板镦粗+局部镦粗）→成品。它们的锻件之一，是大型锻件的主要产品，包括汽轮机锅外形尺寸特征是高径比H/D＜1。在饼类锻件的锻炉用管板和叶轮、核反应堆压力壳平顶盖、热交换造过程中，在

5、不均匀变形的作用下，锻件心部的金器管板、化工容器底封头等。大型锻件所用原材料属流动比周围更加剧烈，容易产生层状裂纹，超声一般都是钢锭。钢锭都有其固有缺陷，如偏析、夹波探伤废品率高，而且浪费了大量原材料和加工工[1]杂、疏松、粗大的柱状晶等。为了减少这些缺陷，时。为解释这一现象，燕山大学刘助柏教授提出[2]一方面要提高冶炼水平，另一方面还要改进锻造工了静水应力区剪应力力学模型。对带凸台的大型艺，只有这样才能生产出优质的锻件。饼类锻件的饼类锻件、法兰类锻件，工厂多根据经验采用漏盘[3-6]生产流程一般为：大型热钢锭送到液压机车间，经镦粗进行生产，但是缺乏对相应的漏盘结构参数一系列锻造工序

6、锻造成锻件，经预备热处理后送到和变形后的坯料尺寸的定量分析和结论。为此，作下一工序进行机械加工和最终热处理。常规锻造过者在分析现状的基础上，对漏盘镦挤工艺建立了有程为：钢锭→切头去尾——倒棱(拔长)、下料→平限元模型，分析了应力场的情况。同时对镦挤工艺收稿日期：2007-10-30基金项目：广东海洋大学博士科研基金(0612165)第一作者：倪利勇(1977－)，男，博士，讲师，主要研究方向为塑性成形理论与技术。72广东海洋大学学报第28卷进行了优化分析。50%。用平面单元PLANE182对毛坯进行网格划分。平板和漏盘都假定为刚性体，不需要划分网格。在1建立有限元模型模拟过程中，考虑

7、大应变效应，由于大型锻件锻造过程中锻件与工具之间接触面粗糙，所以通常在计由于饼类件的镦挤属于轴对称变形，可简化为算中采用极限摩擦条件，但为了计算的方便，这里平面问题，任取一个子午面进行分析。镦挤坯料的假定摩擦系数为0.49。采用45号钢作为模拟材料，原始高度为685mm，坯料的原始半径为540mm，材料性能见文献[7]。漏盘高度为240mm，漏盘内孔半径为270mm。为构建优化控制文件，定义坯料高度H0、坯料有限元模型如图1所示。采用活动横梁的给定半径R0