[发明专利]一种基于有限元分析法的去除棒料芯部缺陷的模拟方法及基于该模拟方法的冲孔方法

说明书

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模拟方法及基于该模拟方法的去除棒料芯部缺陷的冲孔方法。 

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，杂质随着棒料镦粗过程而位置发生变化，故只利用镦粗前的冲头去冲切镦粗后的棒料的芯部缺陷，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。即，现有技术中的对棒料芯料的去除技术存在两个问题：1、不能保证芯料缺陷去除干净；2、过程复杂、材料利用率低、生产效率低，成本较高。 

故对于棒料的芯部缺陷去除，应当充分了解棒料芯部缺陷性质、特征和分布规律，以便在锻造时制定合理的工艺。 

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： 设计工模具和产品工艺流程，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

本发明主要目的是提供一种基于有限元分析法的去除棒料芯部缺陷的模拟方法，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。 

为实现上述目的，本发明公开的技术方案是： 

一种基于有限元分析法的去除棒料芯部缺陷的模拟方法，包括如下步骤：

     a、采用有限元分析软件，应用CAD-UG建模系统创建冲孔数值模拟模型；

b、在冲孔数值模拟模型中的模拟棒料中确定芯部缺陷区，并在芯部缺陷区选择若干测试点，然后模拟棒料冲压过程，以追踪每个测试点的坐标变化；

c、根据测试点在棒料冲压过程时的流动范围确定芯部缺陷区在冲压过程时的流动区域；

d、以确定的芯部缺陷区的流动区域的数值范围确定与模拟棒料相对应的模拟冲头的尺寸；

e、利用确定尺寸后的模拟冲头来冲切模拟棒料的芯部缺陷。

优选的，所述芯部缺陷区是以偏离模拟棒料的中心点距离为半径r的柱形区域，所述r的尺寸大于零但小于模拟棒料的半径；所述半径r的数值是模拟棒料的芯部杂质的理论范围值。 

优选的，在所述芯部缺陷区的边缘处，沿高度方向距离相等或相似地选取若干个测试点。 

优选的，所述测试点设有4-15个。更优选的，所述测试点设有6-10个。 

优选的，所述有限元分析软件为DEFORM。 

本发明还公开了一种基于上述模拟方法去除棒料芯部缺陷的冲孔方法，包括如下步骤：a、取一待冲压棒料，采用有限元分析软件，应用CAD-UG系统创建所述棒料的冲孔数值模拟模型； 

b、在所述棒料的冲孔数值模拟模型中确定芯部缺陷区，并在模拟的芯部缺陷区选择若干测试点，然后模拟棒料冲孔过程；

c、根据测试点在棒料冲压过程时的流动范围确定芯部缺陷区在冲压过程时的流动区域，记录芯部缺陷区的流动区域的直径范围值；

d、以确定的芯部缺陷区的流动区域的直径范围值确定与棒料相对应的冲头的尺寸L；

e、制作尺寸L的冲头，应用于冲床上，冲切所述棒料的芯部缺陷。

所述的去除棒料芯部缺陷的冲孔方法，优选的，步骤e中，冲切棒料的芯部时，采用双面冲切。所述的去除棒料芯部缺陷的冲孔方法中，棒料具有两个端面，分别是A端面、B端面；所述双面冲切是制作两个尺寸为L的冲头，分别是冲头一、冲头二，利用冲头一对棒料的A端面进行冲切，冲切完成后，将棒料倒置，利用冲头二对棒料的B端面进行冲切。