基于Deform 的盘毂锻造模具设计

王玉红，马廷威，赵启蒙

（营口理工学院，辽宁 营口 115014）

盘毂是各种工程机械上的重要零件，广泛应用于机械设备中。盘毂通常的制造工艺路线为锻造—机械加工—热处理。本文以某一型号盘毂为例，探讨盘毂的锻造模具设计。

1 盘毂锻件图的绘制

根据订单上盘毂的零件图进行热锻件图的绘制。根据形状分析，盘毂为轴对称图形，中间有一个直径为60mm 的通孔，直径为较小，需要机械加工来完成。在轴向存在一个小的阶梯，阶梯单面差较小，阶梯轴的高度为较短，结合盘毂的形状分析及订货量，采用锻造模具进行生产，生产的盘毂为一件出两件，即成形一个锻件为两个盘毂锻件。

模具设计时选择盘毂最大面积所处的平面为分模面，即两个盘毂大直径相连接的部位为分模面。小直径端拔模斜度为7°，外圆角半径为10mm。选取连皮厚度为5mm 的平底连皮[1]，未注圆角为R2，材质为Q235，盘毂锻件图如图1 所示。

图1 盘毂锻件图

2 盘毂锻模的设计及Deform 模拟

2.1 盘毂锻模的设计

根据车间的千吨摩擦压力机的实际情况及以前的模具模架结构，采用单模镗进行锻造，一个锻件两个盘毂锻件的模式进行模具设计。经过设计的盘毂锻造模具如图2 所示。

图2 盘毂锻造模具

经过计算两个盘毂的体积，加上烧损量[2]和飞边槽的体积，考虑到坯料的镦粗比，通过计算折合成车间料场的坯料，经过锻锤的自由锻造制坯后在锻造模具上进行锻造。

2.2 Deform 模拟模具的锻造过程

为了更好地设计锻造模具，并使锻造模具完成锻造过程，成形合格的锻件，在模具设计后要进行模拟，以验证模具的可靠性。

模拟锻造过程采用Deform 软件进行，针对坯料的尺寸，对坯料进行网格划分，网格数为40000，模拟步数为65 步，步长为2mm，始锻温度为1200℃，设定锻造过程为干摩擦，摩擦系数为0.7。

Deform 模拟后得到的锻件如图3 所示，通过模拟成形的锻件观察，成形结果较好，形状表面没有缺陷。

图3 盘毂锻件图

为分析锻造对坯料内部的影响，对坯料纵截面截图，取分析点如图4 所示。P1为坯料的顶端，与模具型腔最先接触，P2位阶梯的轴肩位置，P3为坯料的几何中心位置，P4为分模面上飞边槽与坯料的交界位置。

图4 盘毂纵截面图

从4 个点的温度分布图上可以看出（图5），P1和P2的温度最低，P4的温度最高，而P3居中。这是由于在模具的锻造过程中，坯料两侧最先与模具的型腔接触，产生热量的散失，造成P1和P2温度降低最为明显。P3位于坯料的几何中心，其变形过程最为复杂也最为剧烈，在变形过程中产生大量的变形热，而且此处坯料没有对外散热的途径，所以其温度最高。而P4位于坯料与飞边槽交界的位置，一方面此处的坯料与模具型腔和飞边槽接触，降低坯料的温度，另一方面成形过程中，坯料不断的由此处流向周围的飞边槽，产生一定的变形热，故此处温度高于P1和P2。整体锻件界面的温度分布较为合理，为坯料的顺利成形提供基础。

图5 截面温度分布图

截面破坏曲线分布中P1变化最小（图6），损坏也最小，这是由于P1在锻造开始时就与模具型腔接触，在型腔运动过程中，P1一直与型腔接触，在P1周围形成一个难变形区，此难变形区在变形过程中平移运动，因此P1的破坏值最小。P3是坯料的中心位置，在锻造开始时，其破坏逐渐增大，到一定程度后变化较少，这是因为此时P3周围的坯料已经不运动，而向飞边槽运动的坯料来自轴向压缩的坯料。P2一直增大是因为此处正是阶梯变大的位置，坯料向径向流动，促使P2的破坏系数一直增大。而P3增大是因为此处的坯料向飞边槽流动，破坏系数一直增大完全符合坯料的流动特点和模具的锻造过程。

图6 截面破坏分布图

图7 为界面的应变分布图，从图中可以看出，P1的应变一直很小，这是因为P1与模具型腔接触，发生平移，故应变一直较小。其余点的应变在开始的6s时间内非常小，然后开始增加，这是因为坯料与上下型腔已经开始接触，开始镦粗，坯料向径向流动所致。但总体各点的应变较小，一般控制在0.44 以下，坯料不易产生裂纹。

图7 截面应变分布图

从截面坯料流动分布图中可以看出（图8），在开始阶段，坯料各个点的流动变化剧烈，当模拟时间在3s 后各点的流动性趋于稳定，说明坯料的变化是均匀变形，变形过程中各部分不容易出现裂纹等缺陷，造成模具型腔的充不满，形成废品。

图8 截面流动分布图

通过上述Deform 模拟变形过程分析可知，应用此锻造模具能够生产出质量合格的盘毂锻件，且一个锻件能够形成两个盘毂锻件。

3 结论

通过对盘毂零件的分析，绘制锻件图，并设计锻造模具，应用Deform 模拟锻件对模具的成形过程进行模拟，并对坯料纵截面的温度分布、破坏性分布、应变分布和坯料的流动性分布进行分析，发现此模具能够成形表面质量良好的盘毂锻件，满足实际生产需要。