凸緣鍛件模具設計及工藝優化

凸緣是指容器開孔處的一種聯接件，當需要緊湊連接并保證剛度時，可用短而厚的凸緣來代焊接管。近年來凸緣件使用廣泛，具有廣闊的市場價值。由于容器凸緣件整體結構較為復雜，縱深較大，壁厚較薄，鍛造成形具有很大的困難，易出現充型不滿的情況。

對于凸緣等類型的零件，很多學者進行了研究。崔海峰等分析不同凹度下外圈密封圈安裝面和溝道的變形，結果表明外圈凸緣安裝面凹度有助于改善外圈安裝變形。鄢光旭等針對該帶增厚凸緣的離合器轂體，進行了增厚凸緣的沖鍛(翻孔及鐓粗)過程的精度研究。束學道針對焊接易導致零件產生變形降低加工精度的難題，提出了多工步整體熱旋成形零件方法，為帶凸緣深錐形薄壁回轉件的旋壓成形提供了理論基礎。

本文以容器凸緣件為例，設計鍛造凸緣的模具，同時利用Deform-3D 軟件對凸緣件進行了模擬，并對毛坯形狀進行了優化。

模具設計

圖1 為凸緣件，此種凸緣件縱深較長(98mm)，最薄處6.6mm，成形難度較大。本次采用開式鍛造，圖2 為設計的模具，周圍有一周飛邊，主要保證充型的飽滿。加工余量為3mm，模鍛斜度為7°。

模擬設置

模具設為剛體，坯料為塑性體，材料為40Cr。由于四面體網格計算比較精確，采用四面體單元對工件進行網格離散劃分，網格總數為50000 個。工件與模具之間的傳熱系數為5N/(s·mm·℃)，摩擦系數為0.3。為方便計算，模擬采用四分之一模型進行，模擬模型如圖3 所示。表1 為模擬中采用的工藝參數。

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模擬成形分析

圖4 為方案一鍛造模擬圖，坯料鍛造過程中，隨著上模的不斷下行，坯料逐漸成形，整體成形比較平穩，成形后的工件沒有大的缺陷，但是飛邊比較大，原材料損失較大，不利于實際生產。圖5 為成形后的零件的等效塑性應變圖，從等效應變的變化可以看出，凸緣件上部和中部的塑性變形是比較大的，而底部則處于小的塑性變形。說明在成形過程中，由于飛邊槽阻力過大，導致其周圍的金屬不易向飛邊槽處流動，處于小的塑性變化。相反位于上部和中部的金屬在模具的作用下發生大的塑性變形。

由于凸緣件結構比較復雜，為了獲得更好的成形效果，設計了三種不同的坯料尺寸，如表2 所示。

圖9 為方案三的鍛造模擬圖，從方案三的成形結果可以看出，成形工件存在未充滿的部分，成形效果較為良好，飛邊較小，整體成形較為平穩。此方案相對于方案二有些許不足。從圖10 等效應變圖可以發現，塑性變形區分布與第一、二方案相似，都是在下部處于小塑性變形，上部和中部處于較大變形，成形后的接觸也較為良好。從三種不同的方案可以看出，方案二成形效果最好，原材料利用率高。

監理是通過對施工單位的施工進度、質量以及成本實行控制的。所以良好的組織協調施工單位的施工過程是監理工程師工作的重點內容。在實施監理的過程中，要始終堅持實事求是的原則，在遵守規程和制度的前提下，實施科學管理。監理工程師應該在保證建設的總目標不變的前提下，平衡各方面的利益，鼓勵施工單位及時的對遇到的問題和困難、工程的實際施工狀態進行匯報，掌握一手的施工信息，對影響目標的問題進行排除。在進行協調溝通的時候應該注意分寸，使工作中的分歧技能得到有效的解決，又不影響各方的關系，主要應該最好以下幾個方面要：

傳感器俯視圖如圖2(b)所示,磁通門傳感器兩個勵磁繞組均勻繞制在磁芯通孔的左右兩側,繞組匝數相等且方向反向串聯。勵磁繞組產生的勵磁磁場大小相等方向相反,并圍繞通孔組成閉合磁通路徑。外部激勵源產生頻率和幅值穩定的高頻方波,使勵磁線圈中的磁通產生周期性變化。因此,當激勵電流達到峰值時,相應的磁芯中的磁場接近最大值。忽略通孔兩邊微小不對稱,假設通孔左右兩邊幾何參數和電磁參數完全相同,則在檢測線圈的感應電動勢將互相抵消,因此激勵電流只起到調節磁芯磁導率的作用。

圖6 為方案二的鍛造模擬圖，方案二的坯料要小于方案一的坯料。從圖6 看出，方案二成形后的飛邊很小，達到了少或無飛邊的效果。此種方案相對于第一方案原材料利用率更高，成形效果平穩，也沒有大的缺陷。圖7 為方案二的等效塑性應變圖，可以看出，塑性變形區分布與第一方案相似，都是在下部處于較小塑性變形，上部和中部處于較大的變形。從圖8 鍛模與坯料接觸圖得出，成形后的工件與模具接觸良好，成形后的表面形貌接近于設計，因此，方案二的坯料成形效果良好。

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結論

⑴對于不同類型大小的坯料，成形后的塑性變形區都是相似的，坯料的形狀對塑性變形區的分布影響較小。

⑵坯料尺寸在r=36mm，h=117mm 時成形效果最好。