【作 者】朱宇;郭良剛;羅雪寶;朱帥

　　輪盤鍛件作為航空發(fā)動機(jī)重要的傳動和承載機(jī)械部件，對鍛件的尺寸精度和性能要求也愈來愈高[1-4]。本文研究的輪盤鍛件采用TC1 鈦合金材料，該輪盤鍛件鍛造過程包含多個工序，各工序之間的變形相互關(guān)聯(lián)。通過建立鍛造全過程有限元仿真模型，并考慮變形信息在不同工序中的傳遞，實現(xiàn)輪盤鍛件鍛造全過程的建模仿真。通過大量虛擬仿真試驗，探究了鍛件工藝過程設(shè)計的可行性、有效性及準(zhǔn)確性，分析了不同工藝參數(shù)的影響規(guī)律，對提前預(yù)判成形過程中的問題、虛擬驗證鍛件可制造性、優(yōu)化工藝具有重要的意義，可以提高效率、降低成本、縮短設(shè)計周期，并且可以提供鍛造過程中的詳細(xì)信息(應(yīng)力應(yīng)變場、速度場、溫度場、網(wǎng)格畸變等)，為優(yōu)化成形工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計提供詳細(xì)可靠的依據(jù)。

　　【輪盤鍛件鍛造全過程有限元建?！?

　　考慮輪盤鍛件加工余量、分模面、毛邊槽等因素，設(shè)計鍛件三維模型如圖1 (a)所示。簡化不適于仿真的工序，輪盤鍛件的仿真過程為鍛荒以及錘上模鍛階段，通過模擬這兩個成形過程，探究鍛件工藝過程設(shè)計的可行性、有效性及準(zhǔn)確性等。

　　鍛造過程建模仿真主要基于Simufact軟件，將鍛荒工藝中坯料、上模、下模導(dǎo)入Simufact軟件，鍛荒裝配模型如圖1 (b)所示。在鍛荒模擬完成后，將坯料成形結(jié)果傳遞給后續(xù)錘上模鍛工藝，錘上模鍛裝配模型如圖1 (c)所示。輪盤鍛件材料為TC11鈦合金，采用六面體八節(jié)點網(wǎng)格(C3D8RT)進(jìn)行劃分，由于鍛造過程中模型局部變形顯著，會引起部分網(wǎng)格嚴(yán)重變形，采用自適應(yīng)網(wǎng)格功能，從而保證了網(wǎng)格的高質(zhì)量與模擬過程的高精度;定義工件與模具、模具之間相對關(guān)系及可能產(chǎn)生的接觸關(guān)系，采用修正的Coulomb摩擦模型來描述接觸對之間的切向關(guān)系;設(shè)置熱邊界條件，主要包括坯料與模具之間熱傳導(dǎo)、坯料與周圍環(huán)境之間對流換熱以及熱輻射、模具與坯料之間摩擦產(chǎn)熱、鍛造過程中塑性變形產(chǎn)熱等;根據(jù)實際生產(chǎn)設(shè)備及過程定義工藝邊界條件，鍛荒工序設(shè)置上模下壓100mm，下壓速度5.0mm/s;錘上模鍛工序設(shè)置鍛錘的擊打次數(shù)為4次，最大沖擊能量為630kJ，鍛錘4次擊打的能量分別按照50%、50%、50%、100%設(shè)置。

　　針對鍛荒以及錘鍛過程進(jìn)行仿真，分析鍛造過程中的坯料填充、應(yīng)力應(yīng)變、溫度分布等變化情況和成形特點。

　　【結(jié)束語】

　　基于有限元方法建立發(fā)動機(jī)盤鍛件鍛造過程多個工序的仿真模型，實現(xiàn)了面向鍛造全過程的系統(tǒng)性分析和優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)鍛造仿真多局限在單個工序、較難達(dá)到全局工藝設(shè)計與優(yōu)化的問題，有利于減少物理試驗、縮短工藝準(zhǔn)備周期，對進(jìn)一步實現(xiàn)鍛件產(chǎn)品制造短周期、快速迭代驗證具有重要的意義，也為達(dá)到航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵鍛件的形性精確調(diào)控和高性能制造提供了基礎(chǔ)。

　　以下是正文：