锚固件弯曲断裂分析

[摘 要]用Solidworks三维造型软件结合DEFORM3D锻造有限元模拟软件对锚固件弯制过程进行分析,从而得出锚固件断裂的根本原因,并对模具提出改进方案提高产品的一次合格率。

[关键词]三维造型 有限元模拟 合格率

[中图分类号]T5941.1[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0118-01

锚固件是锅炉用于紧固耐火材料的弯曲件,一般采用奥氏体型不锈钢316通过加热到1000度用模具一次压制而成,生产效率高,但是合格率较低一般为70%,锚固件在压制过程中经常出现断裂。由于工件压制速度很快,使技术员很难在压制过程中找出断裂原因,因此我采用Solidworks三维建模和DEFORM3D锻造有限元模拟软件对锚固件的弯制过程进行模拟分析从而找出断裂的根本原因。

1 solidworks三维造型和DEFORM3D有限元模拟

利用solidworks三维绘图软件绘制弯曲模的上、下模,再在DEFORM3D 内导入模型,设置好上下模和工件的位置关系如图2所示:

设置上模运动速度为1mm/s,工件划分网格为30000,其温度为1000℃,材料为316,进行模拟运算得出弯制过程的应力分布如图4,其破坏模拟图如图3所示:

2 原因分析

根据图3破坏模拟图4和有效应力分布图可知:图4为有效应力图,图中拐点1、2部位达到应力最高值呈现红色,表明拐点1、2处承受极大的应力,当其应力值超过316材料的抗拉强度值就出现断裂;图3为破坏模拟图,其中红色区域相对其它颜色出现破损的几率更高,拐点1、2呈现红色因此在拐点1、2极易出现破坏。在工件压制过程中,1,3拐点被模具压死,使1～3拐点之间的圆钢长度固定,此时,随着模具进一步向下压,2拐点被强行弯曲变形,使1～3拐点的圆钢被拉长同时横截面变小,当1～3拐点间的圆钢的应力值超过316材料的抗拉强度值时就发生断裂。

3 改进措施

由分析可知为避免锚固件弯制断裂需避免拐点1、3卡死,即在压制过程中,拐点1、2、3与模具是滚动摩擦接触;或者在压制中依次压制拐点,先压制拐点3、2再压制拐点1,可使压制中有足够的圆钢进行补料,不至于因拐点卡死造成断裂。

(1)在模具拐点处设置圆柱形滚动轴承,使工件与模具在拐点位置是滑动摩擦,从而减小工件弯曲时的应力避免断裂产生;同时在模膛内添加油,避免工件擦伤;

(2)采用分级压制成型,压制先后顺序为:先压制拐点4、3,再采用分级模压制拐点2,最后压制拐点1,避免因拐点1、3被顶死导致拐点2断裂。

4 实施效果

分级压制的方法要求模具的结构非常复杂,在压制过程中很容易出现卡死的现象,因此建议采用工件与模具为滑动摩擦接触的方法。我公司采用此方法后,锚固件弯制一次交检合格率达到98%以上。

5 前景

Solidworks是三维造型软件已被广泛应用于参数化设计领域、DEFORM-3D 是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM),专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维 (3D) 流动,提供极有价值的工艺分析数据,有关成形过程中的材料和温度流动。利用Solidworks和DEFORM3D结合对模具设计进行分析,预知模具设计中的误区、可能出现的缺陷,可以改进模具结构、完善模具设计。

[参考文献]

[1] T.阿尔坦等.现代锻造设备、材料和工艺[M].北京:国防工业出版社,1982.

[2] 张志文.锻造工艺学[M].西安:西北工业大学出版社,1988.

[3] 卢险峰.冲压模具设计[M].北京:中国模具设计大典编委会,2002.

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