Simufact用于锻造轮毂工艺研究

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铝合金旋压轮毂具有重量轻 ,强度高 ,寿命长 ,表面光洁 ,机械加工余量少等优点 ,而旋压工艺过程复杂 ,影响因素多 ,造成实际旋压加工中工艺参数和工装的选择和调试较为困难。 Simufact.forming软件可以提前判断旋压工艺的可行性及合理性（旋压件的应力应变 ,厚度尺寸变化 ,旋压力变化情况） ,为旋压产品的研制提供重要参考。

Simufact用于锻造轮毂工艺研究的图1

图1 铝合金轮毂结构

铝合金轮毂结构如图 1所示，材料为 6061铝合金，直径为 ϕ 669mm，高度为 278mm。由于铝合金轮毂尺寸较大，锻造成形过程复杂，采用一次性锻造成形通常需要较大的成形力且材料填充不饱满，需要增加一道预锻工序。预锻成形可以有效降低金属回流和防止起皱，保证零件的成形质量，另外增加预锻工序可以减少一次性变形程度，有利于降低成形载荷，使金属填充饱满，并且可以减少模具零件的损伤，延长模具使用寿命。将直径为 ϕ669mm、高度为 52mm的圆形坯料加热以提高材料塑性，再采用反挤压的方式将坯料挤成杯状预锻件，再将杯状预锻件锻成碗状终锻件，然后将该碗形终锻件作为旋压坯料与加热坯料，旋压成旋压件，最后将旋压件机加工、涂装成成品，具体过程如图 2所示。

Simufact用于锻造轮毂工艺研究的图2

图2 轮毂法兰盘锻造工艺

轮毂法兰盘有限元建模

Simufact用于锻造轮毂工艺研究的图3

图3 预锻模型

Simufact用于锻造轮毂工艺研究的图4

图4 终锻模型

simufact软件中进行处理，采用 Ringmesh模式对坯料进行网格划分。零件材料为 6061铝合金，模具材料为 H13钢，预锻、终锻时坯料温度设置为 400℃，模具温度设置为 350℃；摩擦类型采用剪切摩擦，摩擦因数取 0.3。首先对预锻过程进行模拟，再将预锻件及相关信息导入终锻过程，作为终锻过程坯料，进行终锻模拟，结果如图 5所示。

Simufact用于锻造轮毂工艺研究的图5

图5 终锻过程等效应变分布

工艺参数优化

采用 Simufact，可以进行工艺参数优化研究，比如，模具温度，胚料温度，锻成型时上模下压速度，摩擦系数等。

Simufact用于锻造轮毂工艺研究的图6

经分析得出，预锻过程中影响程度主次关系为模具温度 T>上模下压速度 V>坯料温度 t>摩擦因数 f。终锻过程中，影响程度最大的为模具温度 T，上模下压速度 V、摩擦因数 f、坯料温度 t影响程度相近。预锻坯料温度最佳为 500℃，但 6061铝合金超过 550℃会有过烧的危险，因此通过对坯料温度 K值的比较分析，坯料温度选择 400℃；终锻时，最优摩擦因数为 0.1，但是锻压过程始终在较高的温度下，材料软化，摩擦因数会增大，最后选择的摩擦因数为 0.2。综上所述，根据平均值 K，结合实际预锻工艺参数：模具温度 450℃、坯料温度 400℃、下压速度 0.1mm/s、摩擦因数 0.2；终锻工艺参数：模具温度 450℃、坯料温度 400℃、下压速度 1mm/s、摩擦因数 0.2，对上述 2组参数进行模拟，结果显示，终锻时最大成形力为 66000kN，符合生产要求，相对于优化前的 80000kN，下降了 20%。

文章来源：SH赫普