通过虚拟试模对铝法兰坯料形状和锻模参数进行分析和优化

       本文以一种5083铝法兰盘的模锻过程为研究对象，采用有限体积法(FVM)对其进行数值模拟分析，对采用不同形状铝法兰坯料的锻造过程中的速度场、流动状态和等效应力、应变场进行对比，获得了更为合理的锻造铝法兰坯料外形尺寸和模具参数，减少了锻件缺陷，提高了铝合金锻件生产的试模成功率。

       本文所针对的5083铝法兰盘锻件的截面和三维图如图1所示。其加工工艺为:熔炼一锭模铸造一模锻精整一切边一机加工一热处理。由于锭模铸造提供的铝法兰坯料内部冶金缺陷较多，组织不致密，故需要再进行模锻精整，以得到致密的内部组织和精确的外形尺寸。试生产时所使用的锻造模具截面图如图2所示。由于工件几何尺寸较大，因此成形模具也很大，试模成本很高。为此，本文采用数值模拟技术，通过虚拟试模对铝法兰坯料形状和锻模参数进行分析和优化。

       图3为两种不同外形锻造铝法兰坯料的截面图。图3(a)是某厂试生产时使用的铝法兰坯料(即铝法兰坯料1)的截面图。生产试验发现，因铝法兰坯料在法兰圆角处不靠模，如图4(a)，锻造过程中法兰圆角部分出现了严重的剪切损伤，甚至出现明显的开裂(如图5);采用该铝法兰坯料进行模锻时，在管壁外侧处也不靠模，如图4(a)，因此锻造时管壁部分出现弯曲和鼓形，并在法兰下部圆角处产生折叠缺陷(如图5)。针对这种情况，本文对铝法兰坯料的形状进行了重新设计，如图3(b)(即铝法兰坯料2)。与铝法兰坯料1相比，其主要区别在于:①铝法兰坯料2在管壁部分设计外斜度，即由铝法兰坯料1的900，图3(a)，更改为870，图3(b)，使铝法兰坯料管壁外侧与下模腔壁接触，如图4(b);②将铝法兰坯料的法兰圆角半径由R 10 mm，图3(a)，改为R20 mm，图3(b)。根据生产实际确定数值模拟的初始条件如表1所示;模拟材料选用软件材料库中的5083铝合金。几何模型按照图4建立，对变形材料划分的网格大小为1.5 mm。因为铝法兰坯料轴对称，所以只取一半进行计算和分析。http://www.zblansheng.cn