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前言：由于发展中国家的竞争和中国紧固件行业发展的需要，使得对复杂即非标件的需求不断地增加，企业为了迎合强大的市场需求，不仅加强对工程人员的培训教育、介绍行业中的新技术和引进国外的先进设备外，还要开发新的产品、提高模具设计的能力。而有限元分析（FEA）技术的成功开发，使企业在避免昂贵的测试和错误的开发，大大地缩短了产品投放到市场的时间，模具的使用寿命明显延长，工程人员对工艺流程的理解和认识不断地提高。同时在与客户讨论改变产品的生产方案时也特别有帮助，比如当一个产品可以通过冷锻技术而不是机加工的方法来生产时，就有能力通过模拟结果的分析和模拟视频来向客户证明冷锻工艺的优势。
背景：2010年，上海上标汽车紧固件有限公司率先使用了德国CPM公司的模拟生产工艺流程和优化工艺设计的eesy-2-from软件系统，德国CPM公司除了对软件的使用有提供专业的培训外，同时还提供相关的技术培训。以下我们用一系列的模拟案例的研究和分析，进一步证明和感受“有限元分析”的实用性和准确性。
关键词：冷锻 有限元分析
案例分析：
下面以一个产品“37-3”的案例分析来介绍这个生产工艺流程是如何被优化的。
生产这个产品的设备是JBF-13B4S 四工位螺栓成型机。材料是SWRCH35K
图1显示的该产品的图纸
图1：“37-3”产品图
在生产这项产品时面临的其中一个问题是，发现T30冲头用来成型凹槽的部分极易断裂，模具寿命仅一百多件。生产率极低而无法正常生产，经询问后得知该产品在历史上模具寿命就不长。
图2：冲头在凹槽的根部断裂
另外一个问题是根据预成型的情况在凹槽的部分也有产生材料堆积即叠痕的趋势。这种现象的产生原因不是很清楚。因此针对这个产品的工作不仅是要延长模具寿命同时还要保证避免叠痕的发生。
最初的冷锻结果显示在图3中
Successful introduction of FEA at SQB
图3：最初的冷锻结果（老的设计）
很明显在第一个工序的预成型不足够。即便尝试在第一个工序做一个预制凹槽（图4所示），模具的寿命还是没有改善而仍然极易断裂。
在图4中可以看到在凹槽处出现叠痕的潜在趋势。
图4：带有预制凹槽的冷锻结果
下面我们来尝试使用有限元分析FEA技术eesy-2-form 模拟软件来研究和理解这个工艺流程。
图5的图像显示了模拟出的凹槽预成型后的结果（形状）。模拟的结果也显示了在凹槽处会出现叠痕。图6显示了实际的带有凹槽的产品。可以清楚地看到模拟的结果是非常准确的。叠痕的深度和位置都模拟的和实际零件完全符合。
Successful introduction of FEA at SQB
图5二工序凹槽成型
图6在凹槽处的叠痕非常准确的在模拟结果中显示出来
通过更细致的对模拟结果的分析，帮助了工程人员更好的理解材料流动。
图7是第二工序模具位置移动过程的模拟图像，清楚地显示并解释了材料是怎样流动的。
Successful introduction of FEA at SQB
图7：在锻造过程中的模具位置
从这样的模拟图像中可以容易和清楚的理解材料是先接触到凹槽冲头的末端，然后被向后推上去形成头部形状的。在凹槽的杆部没有径向压力。材料的径向流动是从冲头的尖端和冲头的末端到产品头部的，而不是从杆部。这就导致了叠痕的出现。在图8的有关模拟结果应力分析图中，显示出在梅花冲头的尖端压力非常高。并显示出材料（SWRCH35K）载荷过高，最高值为3158兆帕，当冲头杆部没有载荷时就会造成材料的塑性变形。这就导致了梅花冲头的末端的剪切应力的造成冲头过早失效。
图8：冲模和主模上的直角应力值（压力）
图9显示了所选择的新的预成型
Successful introduction of FEA at SQB
图10：二序的变形（新的设计）
图10显示了在新的设计中材料的填充没有出现叠痕。
在冲头表面的直角应力分析中显示出了较低的数值（图11）。而且应力不是在冲头的凹槽末端而是在杆部。
Successful introduction of FEA at SQB
图11：在冲头上的直角应力（新的设计）（最大为2617兆帕）
图12：产品样品（新的设计）
Successful introduction of FEA at SQB
图13：产品样品（新的设计）：没有叠痕
优化后的工艺流程显示了完美的形状，材料叠痕不再出现，模具寿命明显延长。
总结：
这个产品在优化后产品生产率有原来的一百多件提高到一万件以上并且每分钟可以生产140件。
经过短时间对有限元分析（EFA）eesy-2-form 模拟软件培训和练习后，工程人员能够有效地将新技术运用到实际工作中。在这个案例中优化了预成型工艺流程使得材料流动更理想、模具所承受的载荷更低而模具寿命明显延长。
参考文献：
【1】G.H. Arfmann,M Twickler”eesy”模拟软件 使用了由德国CPM电脑、金属成型工艺流程设计、金属材料技术有限公司Herzogenrath，德国，2010
（华人螺丝网新闻特稿，转载请注明出处！）
