CN103246788A - 一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺，所述双面冲孔工艺包括如下步骤：一、在工装桶内镦平坯料至实际产品高度，二、将冲头一完全压入坯料的A端面，三、坯料倒置，将冲头二完全压入坯料的B端面，四、取出冲头一和冲头二后用切边和脱模块彻底切除棒料芯部缺陷；所述冲头的尺寸通过有限元分析软件模拟得出。通过上述方式，本发明能够彻底去除棒料芯部缺陷，材料利用率高，且提高了生产效率，降低了产品成本。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工领域，特别是涉及一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺。
背景技术
锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。锻件过程建造了精致的颗粒结构，并改进了金属的物理属性。
按重量计算，飞机上有85%左右的构件是锻件。飞机发动机的涡轮盘、后轴颈（空心轴）、叶片、机翼的翼梁, 机身的肋筋板、轮支架、起落架的内外筒体等都是涉及飞机安全的重要锻件。飞机锻件多用高强度耐磨、耐蚀的铝合金、钛合金、镍基合金等贵重材料制造。为了节约材料和节约能源，飞机用锻件大都采用模锻或多向模锻压力机来生产。
根据不完全的统计，在航空工业系统中，导致航空锻件报废的诸多原因中，由于原材料固有缺陷引起的约占一半左右。棒料芯部常见缺陷有：偏析、夹杂、疏松等，且随着棒料直径越大，棒料芯部缺陷愈严重。
现有的棒料去除芯料缺陷一般有棒料镦粗，冲头压高，翻面切边冲孔或机加工、线切割掏孔。现有的冲孔去除棒料芯料缺陷工艺虽然操作简便、效率高，但由于锻造过程中材料流动复杂，不能够保证完全去除缺陷。而对于性能要求很高的航空发动机关键机件，这种残留的缺陷却是致命的。机加工、线切割掏孔虽然能够保证芯部缺陷完全去除，但效率很低并且掏孔过程中材料利用率低，成本较高。
DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员： 设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。 提高工模具设计效率，降低生产和材料成本。缩短新产品的研究开发周期。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺，能够彻底去除棒料芯部缺陷，材料利用率高，且提高了生产效率，降低了产品成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺，包括如下步骤：
一、在工装桶内镦平坯料至实际产品高度；
二、将冲头一完全压入坯料的A端面；
三、坯料倒置，将冲头二完全压入坯料的B端面；
四、取出冲头一和冲头二后用切边和脱模块彻底去除棒料芯部缺陷。
在本发明一个较佳实施例中，所述冲头一和冲头二的尺寸通过有限元分析软件模拟得出。
在本发明一个较佳实施例中，所述有限元分析软件包括如下设置：
一、采用CAD-UG系统创建冲孔数值模拟模型，选择以偏离棒料中心距离为半径R的柱形区域，所述R的尺寸大于零但小于棒料的半径；
二、在所述半径R处，沿高度方向距离相等或相似地选取6-12个临界点代替该棒料芯部作为研究对象；
三、采用有限元分析软件，结合CAD-UG系统创建冲孔数值模拟模型，并依据刚塑性有限元法的基本原理和方法，模拟冲孔过程中临界点金属流动的三维坐标变化特征确定棒料芯部缺陷的范围；
四、根据棒料芯部缺陷的范围设计冲头一和冲头二的尺寸。
在本发明一个较佳实施例中，所述有限元分析软件为DEFORM。
本发明的有益效果是：1、与常规冲孔、机加工、线切割掏孔技术相比，本发明采用双面冲孔工艺，使得棒料芯部缺陷去除更彻底，2、可以通过有限元分析软件模拟出任意尺寸棒料芯部缺陷的范围，从而选择合适的冲头，去除过程更简便、生产效率高，且提高了材料的利用率，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺的工艺流程图；
图2是所述双面冲孔工艺中镦平坯料环节的剖面示意图；
图3是所述双面冲孔工艺中冲头一完全压入坯料环节的剖面示意图；
图4是所述双面冲孔工艺中冲头二完全压入坯料环节的剖面示意图；
图5是所述双面冲孔工艺中彻底去除棒料芯部缺陷环节的剖面示意图。
附图中各部件的标记如下：1、坯料，2、工装桶，3、冲头一，4、坯料A端面，5、冲头二，6、坯料B端面，7、脱模块，8、切边。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本发明实施例包括：
一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺，包括如下步骤：
一、在工装桶2内镦平坯料1至实际产品高度；
二、将冲头一3完全压入坯料1的A端面4；
三、坯料1倒置，将冲头二5完全压入坯料1的B端面6；
五、取出冲头一3和冲头二4后用切边8和脱模块7彻底切除芯部缺陷。
进一步的，所述冲头一3和冲头二5的尺寸通过有限元分析软件模拟得出。
进一步的，所述有限元分析软件包括如下设置：
一、采用CAD-UG系统创建冲孔数值模拟模型，选择以偏离棒料中心距离为半径R的柱形区域，所述R的尺寸大于零但小于棒料的半径，一般根据行业经验先取个经验值，实验过程中再调整；
二、在所述半径R处，沿高度方向距离相等或相似地选取6-12个临界点代替该棒料芯部作为研究对象，所述临界点的数量根据棒料的尺寸而定，一般取6-12个为宜；
三、采用有限元分析软件，结合CAD-UG系统创建冲孔数值模拟模型，并依据刚塑性有限元法的基本原理和方法，模拟冲孔过程中临界点金属流动的三维坐标变化特征确定棒料芯部缺陷的范围；
四、根据棒料芯部缺陷的范围设计冲头一3和冲头二5的尺寸。
进一步的，所述三维有限元数值模拟软件为DEFORM。
区别于现有技术，与常规冲孔、机加工、线切割掏孔技术相比，本发明采用双面冲孔工艺，使得棒料芯部缺陷去除更彻底；另外，可以通过有限元分析软件模拟出任意尺寸棒料芯部缺陷的范围，从而选择合适的冲头，去除过程更简便、生产效率高，且提高了材料的利用率，降低了生产成本。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺，其特征在于，包括如下步骤：
一、在工装桶（2）内镦平坯料（1）至实际产品高度；
二、将冲头一（3）完全压入坯料（1）的A端面（4）；
三、坯料（1）倒置，将冲头二（5）完全压入坯料（1）的B端面（6）；
四、取出冲头一（3）和冲头二（5）后用切边（8）和脱模块（7）彻底去除棒料芯部缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺，其特征在于，所述冲头一（3）和冲头二（5）的尺寸通过有限元分析软件模拟得出。
3.根据权利要求2所述的一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺，其特征在于，所述有限元分析软件包括如下设置：
一、采用CAD-UG系统创建冲孔数值模拟模型，选择以偏离棒料中心距离为半径R的柱形区域，所述R的尺寸大于零但小于棒料的半径；
二、在所述半径R处，沿高度方向距离相等或相似地选取6-12个临界点代替该棒料芯部作为研究对象；
三、采用有限元分析软件，结合CAD-UG系统创建冲孔数值模拟模型，并依据刚塑性有限元法的基本原理和方法，模拟冲孔过程中临界点金属流动的三维坐标变化特征，确定棒料芯部缺陷的范围；
四、根据棒料芯部缺陷的范围设计冲头一（3）和冲头二（5）的尺寸。
4.根据权利要求2所述的一种基于有限元分析去除棒料芯部缺陷的双面冲孔工艺，其特征在于，所述有限元分析软件为DEFORM。
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