2024年5月4日发(作者：)

文章编号：１６７２—０１２１（２０１５）０２—００６２—０３　

ＩＴＥＲ项　目“Ｕ’’　型锻件弯曲成形数值模拟研究　

赵晓光，肖佳，张明桥，杜力军，王林，冉熊波　

（贵州航天新力铸锻有限责任公司，贵州遵义５６３００３）　

摘要：本文介绍了一种“Ｕ”型锻件弯曲成形锻造工艺研究，利用Ｄｅｆｏｒｍ一３Ｄ分析软件，对“ｕ”型锻件成形　

坯料参数进行了优化，通过Ｄｅ￣ｒｍ一３Ｄ软件分析与工程实际验证相结合的工艺路线，成功研制出“Ｕ”型锻件　

弯曲成形工艺，缩短研发周期，提高生产效率。　

关键词：弯曲成形；“Ｕ”型锻件；Ｄｅ￣ｒｍ一３Ｄ；数值模拟　

中图分类号：ＴＧ３１６．１＂４　

０前言　

文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．１６３１６／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—０１２１．２０１５．０２．０１９　

部分的ＰＦ支撑，如图１所示。　

作为一个人口大国，我国人均用电量仅为世界　

的１／３，部分地区由于电力紧缺只能实行工业和民用　

分时供电政策。为了突破电力这一严重制约我国经　

济发展的瓶颈问题，发展新的能源势在必行＿ｌ＿。　

核聚变能源是二十一世纪的换代能源之一，具　

图１　ＰＦ零件图　

１“Ｕ”型锻件的技术要求　

１．１化学成分　

“ｕ”型锻件的化学成分如　

表１所示。　

有资源丰富、固有安全性高、极少放射性废物、环境　１．２力学性能　

可接受性好等优点，是人类最理想的能源，开发核聚　

变能源符合可持续发展战略。　

２００６年１１月２１日，巴黎爱丽舍宫，中国、欧盟、　

美国、韩国、日本、俄罗斯和印度７方代表正式签署了　

“ｕ”型锻件的力学性能如表２所示。　

１．３金相检验　

锻件晶粒度要求为３￣５级。　

非金属夹杂物要求：Ａ类≤１．５级；Ｂ类≤１．０级；　

《成立国际组织联合实施国际热核聚变反应堆（ＩＴＥＲ）　

计划的协定》。国际热核聚变实验堆计划正式启动。　

Ｃ类≤１．０级；Ｄ类≤１．０级。　

１．４无损检验　

本文所述的“ｕ”型锻件是ＩＴＥＲ项目磁体支撑　液体渗透检验验收标准（出现下列缺陷判为不　

合格）：①线性迹痕；②尺寸超过３ｍｍ的非线性迹痕；　

收稿日期：２０１４—０９—１３　

③边缘间距小于３ｍｍ的３个或３个以上排列成行　

的迹痕；④在１００ｃｍ的矩形表面上有５个或５个以　

上密集型迹痕。　

作者简介：赵晓光（１９８３一），男，工程师，从事金属材料塑性成形特种　

工艺及ＣＡＥ研究　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈａｍｍｅｒ　ｗｅａｒ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｆｏｒｇｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　

ＹＵＮ　Ｐｅｎｇｆｅｉ，ＬＩＡＯ　Ｑｉａｎｇ，ＸＩＥ　Ｑｉａｎｇ，ＷＵ　Ｈｕａ　

（Ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｔｉｔａｎｉｕｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ　ａｎ　７１０２０１，Ｓｈａｎｘｉ　Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｒｅｃｏｒｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏ４０　ｈａｍｍｅｒ　ｗｅａｒ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｆｏｒｇｉｎｇ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　

ａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　

ｒ　ｗｅａｒ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　

ｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｉｓ　

ｉａｌ　ｓｅｒｉＯＵＳ　ｈａｍｍｅｒ　ｉＳ　ｎｅａｒ　

￣（ｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｆｏｒｇｉｎｇ　

ｅ　ｗｉｔｈ　ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ．　

表１熔炼与成品化学成分要求　

元素　熔炼成分　成品成５Ｙ／％　

Ｃ　≤０．０３０　≤０．０３０　

Ｍｎ　≤２．０Ｏ　≤２．０Ｏ　

Ｐ　≤０．０３０　≤０．０３０　

Ｓ　≤０．０２０　≤０．０２０　

Ｓｉ　≤０．７５　≤Ｏ．７５　

Ｎｉ　１０．００－１４．０Ｏ　１０．００－１４．００　

Ｃｒ　１６．ｏ０～１８．５０　１６．００￣１８．５Ｏ　

Ａｌ　≤０．０１０　≤０．０１０　

Ｔｉ　≤０．１５Ｏ　≤Ｏ．１５Ｏ　

Ｃｕ　≤０．３００　≤０．３００　

Ｍ０　２．００－３．００　２．０Ｏ～３．Ｏ０　

Ｎ　０．１２Ｎ０．１７　Ｏ．１２￣０．１７　

表２锻件力学性能　

试验项目　试验温度／℃　力学性能　规定值　

Ｒｍ２，ＭＰａ　≥２４５　

Ｒ，，／ＭＰａ　≥５５０　

拉伸　室温　

Ａ／％　≥３Ｏ　

ｚ｜％　４０　

Ｒｒ０ＪＭＰａ　≥７００　

Ｒ√ＭＰａ　≥１３８５　

拉伸　４Ｋ　

Ａ｛％　提供数据　

ｚ｜％　提供数据　

冲击试验　７７Ｋ　Ａ　ｆｊ　≥１００　

超声波检验验收标准：①直波检验。可记录信号　

范围和合格界限应为ＮＦ　Ａ　０４—３０８当量直径法规　

定的质量３级要求。②斜波检验。回波幅度超过参考　

高度５０％的任何信号予以记录；回波幅度超过参考　

高度的任何信号判为不合格。　

２成形工艺方案的制定　

２．１锻件图及坯料确定　

从图１形状和材料性能等方面分析，材料为奥　

氏体不锈钢３１６ＬＮ，含氮量，变形抗力大，且晶粒度　

无法通过热处理细化。针对此种情况，采用在一火次　

内先弯曲成形［２］然后再拔长镦头的思路制定出如图　

２所示坯料图和图３所示锻件图。　

２．２模具设计　

模具设计主要有两方面的问题需要考虑：在板　

材弯曲过程中，底部材料会被拉薄而变长，同时由于　

立壁和模具之间存在较大摩擦力，在下降过程中会　

将立壁拉薄。为应对存在的问题，模具型腔深度设计　

成最终深度的一半，使坯料底部尽早与型腔底部接　

２８２８　

１　

０　

０　

Ｌ　

图２坯料图　

图３锻件图　

触，减少拉薄量和变长　

量，同时减少坯料下降　

的高度，降低立壁被拉　

薄的量；基于此，设计出　

如图４所示模具图。　

２．３工艺数值模拟嘲　

图４模具图　

２．３．１建模　

根据模具设计和坯料制定出的具体尺寸，对模　

具和坯料进行实体建模。首先在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　２０１　１中　

建立坯料和模具的三维图形并事先完成坯料和模具　

之间的装配，然后将图形保存为ｓｔｌ格式文件，最终　

导入Ｄｅｆｏｒｍ一３Ｄ。由于弯曲过程时间较短，因此本文　

简化建模模型，不考虑坯料和环境、坯料和模具之间　

的热交换。　

２．３．２　ＤＥＦＯＲＭ一３Ｄ参数设置　

（１）网格划分。合理的网格划分可以提高求解的　

精度并有效降低运算量，网格大小的选择以保证精　

度、尽量降低运算量为原则。基于此，选择１／２　

进行网格划分和模拟运算，使用系统自动划分　

功能，将坯料划分为８００００个网格。　

（２）材料属性。Ｄｅｆｏｒｍ一３Ｄ有较完整的材料　

库，根据工厂实际生产经验，选择与该零件材料　

和流动性接近的３１６Ｌ不锈钢作为坯料的材料，　

设置为１　１８０ｃ（＝，模具设置为不产生形变的刚体。　

（３）对象问的关系。摩擦方式设置为剪摩擦，