3-d有限元分析法对连杆热成型加工工艺过程的仿真分析[外文翻译].doc

3-D有限元分析法对连杆热成型加工工艺过程的仿真分析
H．Grass,C.Krempaszky*,E.Werner


摘要:
一种完整的用三维热塑机械法与有限元仿真分析相结合来加工连杆的技术已经被应用。这个生产过程由五次拉轧，然后模锻组成。工件的所有阶段的加工工序的仿真可以用来检测几何结构，微观结构和本身的力学性能。结合检测的结果和加工工序本身的参数如从数字仿真得到的应变和温度的信息使研究变形程度对它本身微观结构和机械性能的影响变为可能。热成型加工的仿真显示出与工件关于几何和温度性能方面的实验保持很好的一致性。
1. 介绍
当前新的产品和生产工艺的设计最好是朝着低成本、短时间发展。介于如果生产设备被用于测试新的加工工艺，就会使机械成本增加，生产效率降低，有限元仿真分析法将变成一种新增的用于发展新的加工工艺或者是改进加工工艺的重要工具【1，2】，运用这种仿真工具能减少开发新产品所必需的成本和时间。
连杆是高动载荷的部件，被用于在燃烧引擎中传递力量。连杆毛坯能用铸造、粉末冶金或者是锻造等方法来生产【3】。关于仿真分析法用于连杆锻造交工工艺的出版物非常少。仅仅是关于对称的或者是极其简单的几何【4-7】或者是闪光的锻造连杆被用于研究【5-8】。一个完整的将仿真技术用于连杆生产整个轧制并且锻造加工工艺的报道至今没有过。
锻造连杆通常是通过几个末段阶段生产出来的。在连杆的几何形状被模锻制造出来之前，原材料必须经过拉扎【3】或楔轧【9】成型。足够的模具填料，合适的材料流，以及材料的最大限度利用率都是预成型品制造的必需的。
2. 试验
在这个工作中，拉扎被用来制造预成型品。经过拉扎之后，坯料在锻模模膛
间压平，从而进一步被预先分配。连杆的模锻由两个连续的锻造步骤组成（预先锻造和终期锻造）。经过终锻，飞边和连皮被去除了，随后工件被冷却到室温。在工件的成型过程中，工件的表面温度由一个高温计测出。工件在如图1的各个成型阶段后被移走。

在连杆微观结构和机械性能的检测过程中，从每个加工阶段获取一些样本。
在图2中展示了工件样本在预锻之后的一些位置。这些位置都是基于临界载荷方面的知识和独立的成型阶段间的可比较性的特点来选取的。样本标记的L是从与工件平行的材料流纵方向上选取的，Q垂直于这个方向。工件打算在形成并且经空气冷却后进行机械性能的测定。样本的拉伸试验在直径为4mm和衡量长度为10mm的范围内。整个拉伸试验是根据欧洲规范10002[10]进行的。这些样本都是从热成型后立即放入水中的工件中取出来用作组织结构测试的。样本的组织结构是由苦味酸蚀刻剂水溶液与润湿剂相结合来显示的。