作者：郑晓敏
本课题针对铝合金双筒带隔筋工件的结构特点，对该工件首先采取镦粗方法制坯，再在模具内进行挤压成形。利用有限元模拟软件对该工件的成形过程进行数值模拟，分析成形过程中的各种规律，为以后成形这类工件提供理论和实验依据。对于该类工件来说，挤压方案的选择和挤压模具的设计是关键。如果采用棒坯一次反挤压成形，则会整体填充不饱满，形成塌角，且所需的变形力大，因此需采用预成形。按照等体积准备毛料先预成形带有拔模斜度的饼状坯，再进行最终的挤压成形。按照正常的挤压工艺难以成形，并且在挤压成形中易出现局部挤压应力过大，中间型腔充不满，筋和内外圆连接处折叠等问题。针对以上问题，结合材料温成形性能的研究结果和计算机数值模拟，通过严格控制成形工艺参数，在优化挤压模具和挤压条件的基础上，对挤压工艺进行研究和改进，设计出合理的模具，以获得充填完全、尺寸和质量精度较高的工件。
1 提出实施方案
分析零件的结构特点，初步提出以下三种成形方案：
方案一工艺路线：下料→预成型→挤压成形→后续处理。该方案是先将棒形毛料预压成梯形坯样，将终成形模具设计成挤压件连皮在上面，通过挤压直接获得终成形锻件，参见图1。
方案二工艺路线：下料→预成型→挤压成形→后续处理。该方案是先将棒形毛料预压成梯形坯件，将终成形模具设计成挤压件连皮在下面，通过挤压直接获得终成形工件，参见图2。
方案三工艺路线：下料→预成型→挤压成形→后续处理。该方案是先将棒形毛料预压成梯形坯件，将终成形模具设计成挤压件连皮在中间面，内立筋上端面呈水平，通过挤压直接获得终成形工件，参见图3。
2 实施方案的模拟及分析
图4a、b、c分别示出方案一、二、三在挤压过程中的折叠情况。由图4可以看出，方案一在挤压过程中底部发生折叠；方案二在整个挤压过程中没有发生折叠缺陷；方案三在挤压过程中隔筋与外筒壁接触处发生折叠缺陷。
图5a、b、c分别是方案一、二、三在挤压过程中的成形载荷一时间示意图。由图5可以看出，各方案完成挤压成形工件所需的载荷如下：方案一完成挤压成形过程所需的载荷是33.3 MN，方案二所需的载荷是13.2 MN，方案三所需的载荷是24.6 MN。
方案分析：方案一在成形过程中底部发生折叠，并且成形困难，所需的挤压力较大，在实验室现有的设备上不能完成。
方案二在挤压过程中金属流动良好，不发生折叠，成形所需的挤压力小，成形容易，但是由于凸模较长，在挤压过程中凸模容易变形，并且挤压后的挤压件底部由于不变形，晶粒粗大，而在实际应用中对底部强度要求较高，不能满足工件的服役条件。
方案三避免了方案一、二所出现的缺点，但是内立筋与内外筒壁连接处过渡圆角太小，在成形过程中会发生折叠，并且内筒壁上端也容易发生折叠，不易成形。
3 试验方案的优化结果
在上述模拟基础上提出方案四的工艺路线：下料→预成型→挤压成形→后续处理。该方案是先将棒形毛料预压成梯形坯件，将终成形模具设计成挤压件连皮在下面，内立筋与内外筒壁有较大的过渡圆角，通过挤压直接获得终成形工件，参见图6。
由图7可以看出，优化方案四采用较大的过渡圆弧，避免了内立筋与内外筒壁连接处的折叠，通过储料保证内筒壁的成形。由图8可以看出在到达18.5 s时，所需工件的形状基本上完成，达到成形过程中所需的载荷28.7 MN，实验室有30 MN锻压机，可以满足载荷的需要。数值模拟结果表明，此解决方案是有效可行的，克服了双筒带隔筋零件在挤压过程中常见的折叠缺陷、载荷大、底部强度低等缺点，实现了该铝合金双筒带隔筋件的挤压成形。所需的挤压力在现有的设备上能够满足。综合以上的分析，优化后的方案四可取，能满足生产需要。
4 工艺试验验证
为了验证模拟结果的准确性，按照最终选择成形模具进行最终挤压成形，成形工艺：下料→热处理→终成形→机械加工。在30 MN锻压机上进行双管带隔筋件的挤压成形试验，结合此工件的结构特点，对其预成形模具及翻边成形模具进行设计。
图9为终成形过程模具总装配示意图，为了保证挤压后工件的上下筋对齐，在合模时刮板充当了十字导向作用。整个生产过程为先将模具固定在锻压机上，凸模上升，将坯料放入凹模，凸模下降接触坯料进行挤压，挤压到位插入刮板，凸模再上升，将工件刮下，顶杆顶起，取出工件。
经过工艺试验，得到此工件的挤压件，其实物图如图10所示。经过测量，制得的实际工件尺寸略大于所需工件实际尺寸，工件填充效果好，符合生产要求。同时，设计的模具使用方便合理，模具使用性能良好。经过试验证明，通过优化提出的该工件的挤压成形工艺方案是可行的、有效的。
5 结 论
1)本课题对铝合金双管带隔筋工件成形工艺进行了试验研究，首先通过模拟验证优化成形工艺，从而得到了该工件最合理的挤压成形工艺方案。
2)经过优化后的隔筋的形状与水滴形相似，这种水滴形的隔筋的理念可以广泛应用到生产实践中。
3)对所提出的成形工艺方案进行模具设计．且进行了试验验证，得到了符合要求的双管带隔筋挤压件。
6摘要：为了获得综合性能良好的铝合金双筒带隔筋挤压件，结合该工件形状特点，首先提出三种整体挤压成形工艺方案。对所提出的成形工艺方案进行有限元模拟，模拟结果中存在折叠、挤压力大、局部强度不够等缺陷。结合产生的缺陷对成形工艺方案进行改进，最终确定优化的挤压方案为双筒带隔筋挤压件连皮在中间，隔筋的上端面呈水滴状的圆弧。
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