6082 鋁合金屬于Аl-Si-Mg-Mn 系耐熱鍛鋁，具有良好的可成形性、可加工性和熱處理后(T6狀態(tài))具有較高的機(jī)械性能，化學(xué)成分見表1，廣泛應(yīng)用于航空固定裝置及卡車、船舶類的零部件。本文以6082 鋁合金后輪輪轂為研究對(duì)象，針對(duì)鍛造輪轂成形質(zhì)量，利用有限元數(shù)值模擬軟件對(duì)主要成形工步進(jìn)行模擬計(jì)算，分析成形過程金屬流動(dòng)特點(diǎn)及缺陷產(chǎn)生條件，從而優(yōu)化鋁合金輪轂成形過程。圖1 為鋁合金輪轂鍛件圖。該鋁合金鍛件帶有高度88mm、寬度50mm 的凸臺(tái)；頭部存在凹槽和凸臺(tái)，圓周方向肋薄而長(zhǎng)，需要的材料少，材料流動(dòng)距離遠(yuǎn)；終鍛拔模和充填較難，在鍛造成形過程中，由于冷卻快導(dǎo)致材料流動(dòng)性差，易出現(xiàn)折疊、充不滿等缺陷；鍛件截面在高度方向上變化較大，復(fù)雜等級(jí)為S3 級(jí)，10 個(gè)加強(qiáng)肋成形難度較大。有限元模擬分析
為解決鍛件成形難點(diǎn)、縮短工藝調(diào)試周期，對(duì)鋁合金輪轂鍛件的鍛造成形過程進(jìn)行有限元模擬分析，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，來獲得各工步合理的鍛造成形結(jié)構(gòu)，從而指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，以達(dá)到縮短鍛件生產(chǎn)周期的目的。結(jié)合我司設(shè)備特點(diǎn)，確定了鋁合金輪轂的鍛造工藝方案為壓扁→預(yù)鍛→終鍛，通過有限元分析軟件對(duì)各工步進(jìn)行模擬分析。依據(jù)工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)入所需規(guī)格尺寸的坯料幾何模型，對(duì)坯料進(jìn)行網(wǎng)格劃分、定義材料屬性、摩擦條件及熱傳導(dǎo)。坯料網(wǎng)格劃分采用面網(wǎng)格+體網(wǎng)格，為提高模擬的準(zhǔn)確性，對(duì)坯料幾何面網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，導(dǎo)入6082 鋁合金材料屬性，坯料初始溫度設(shè)置為520℃,摩擦條件為水基石墨潤(rùn)滑，熱交換定義為強(qiáng)交換。成形上、下模設(shè)置為剛性模型，進(jìn)行面網(wǎng)格劃分，定義模具初始溫度為250℃。通過軟件自帶位置調(diào)整功能對(duì)模具及坯料進(jìn)行位置關(guān)系定義，保持坯料位置不變，改變上、下模位置對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，通過選擇接觸信息屬性檢查模具與坯料接觸狀態(tài)，當(dāng)最小值小于或等于零，通常為極小負(fù)數(shù)，表示坯料與模具表面略有接觸。⑷運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置。模具運(yùn)動(dòng)參數(shù)屬性主要是選擇壓力機(jī)和確定最大壓量，選取上模作為運(yùn)動(dòng)單元定義壓力機(jī)基本參數(shù)，根據(jù)各工位成形設(shè)計(jì)高度設(shè)置各工位初始高度和最終高度。設(shè)置模擬計(jì)算步長(zhǎng)及存儲(chǔ)模式參數(shù)后，保存數(shù)據(jù)后提交計(jì)算。三維仿真模型如圖2 所示。圖3 為各成形工位最終成形接觸示意圖，從圖中可以看出，終鍛工位最終成形時(shí)，鍛件底部肋位置部分區(qū)域出現(xiàn)充不滿現(xiàn)象，主要原因是由于壓扁工位分料在預(yù)鍛成形時(shí)，坯料通過飛邊排出體積大，降低了終鍛工位閉合高度，充不滿未得到改善。考慮到鋁合金材料流動(dòng)特點(diǎn)，為得到良好的鍛件成形質(zhì)量，對(duì)壓扁、預(yù)鍛工位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)解決鍛件充不滿問題，通過增加壓扁成形高度，減少預(yù)鍛工位飛邊排料體積，同時(shí)在預(yù)鍛下模增加肋結(jié)構(gòu)，來改進(jìn)預(yù)鍛工位分料狀態(tài)。改進(jìn)結(jié)構(gòu)后模擬結(jié)果如圖4 所示，通過對(duì)壓扁、預(yù)鍛工位優(yōu)化，終鍛件充填狀態(tài)良好，未發(fā)現(xiàn)鍛件充不滿。鍛件折紋趨勢(shì)分析結(jié)果如圖5 所示，鍛件未出現(xiàn)折疊，說明改進(jìn)后工藝參數(shù)滿足鍛件成形需求。通過對(duì)成形工位結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在變形過程中，從圖6 溫度分布圖可知，鍛模首先與坯料凸臺(tái)及肋位置接觸，在鍛打成形初始階段，這部分坯料由于首先與鍛模接觸，溫度損耗較大。成形過程中，輪轂由正擠壓肋部和反擠壓輪轂內(nèi)壁等方式充填模膛，坯料變形熱及與鍛模摩擦產(chǎn)生的熱量對(duì)溫度損耗進(jìn)行了補(bǔ)償，因此鍛件溫度下降較少。在鍛打結(jié)束后，鍛件溫度分布較為均勻，整體溫度依然較高，能夠滿足鍛件成形及后續(xù)熱切邊對(duì)鍛件溫度的要求。
