6082 铝合金属于Аl-Si-Mg-Mn 系耐热锻铝，具有良好的可成形性、可加工性和热处理后(T6状态)具有较高的机械性能，化学成分见表1，广泛应用于航空固定装置及卡车、船舶类的零部件。本文以6082 铝合金后轮轮毂为研究对象，针对锻造轮毂成形质量，利用有限元数值模拟软件对主要成形工步进行模拟计算，分析成形过程金属流动特点及缺陷产生条件，从而优化铝合金轮毂成形过程。图1 为铝合金轮毂锻件图。该铝合金锻件带有高度88mm、宽度50mm 的凸台；头部存在凹槽和凸台，圆周方向肋薄而长，需要的材料少，材料流动距离远；终锻拔模和充填较难，在锻造成形过程中，由于冷却快导致材料流动性差，易出现折叠、充不满等缺陷；锻件截面在高度方向上变化较大，复杂等级为S3 级，10 个加强肋成形难度较大。有限元模拟分析
为解决锻件成形难点、缩短工艺调试周期，对铝合金轮毂锻件的锻造成形过程进行有限元模拟分析，通过优化工艺参数，来获得各工步合理的锻造成形结构，从而指导实际生产，以达到缩短锻件生产周期的目的。结合我司设备特点，确定了铝合金轮毂的锻造工艺方案为压扁→预锻→终锻，通过有限元分析软件对各工步进行模拟分析。依据工艺设计导入所需规格尺寸的坯料几何模型，对坯料进行网格划分、定义材料属性、摩擦条件及热传导。坯料网格划分采用面网格+体网格，为提高模拟的准确性，对坯料几何面网格进行细化，导入6082 铝合金材料属性，坯料初始温度设置为520℃,摩擦条件为水基石墨润滑，热交换定义为强交换。成形上、下模设置为刚性模型，进行面网格划分，定义模具初始温度为250℃。通过软件自带位置调整功能对模具及坯料进行位置关系定义，保持坯料位置不变，改变上、下模位置对其进行调整，通过选择接触信息属性检查模具与坯料接触状态，当最小值小于或等于零，通常为极小负数，表示坯料与模具表面略有接触。模具运动参数属性主要是选择压力机和确定最大压量，选取上模作为运动单元定义压力机基本参数，根据各工位成形设计高度设置各工位初始高度和最终高度。设置模拟计算步长及存储模式参数后，保存数据后提交计算。三维仿真模型如图2 所示。图3 为各成形工位最终成形接触示意图，从图中可以看出，终锻工位最终成形时，锻件底部肋位置部分区域出现充不满现象，主要原因是由于压扁工位分料在预锻成形时，坯料通过飞边排出体积大，降低了终锻工位闭合高度，充不满未得到改善。考虑到铝合金材料流动特点，为得到良好的锻件成形质量，对压扁、预锻工位进行优化设计解决锻件充不满问题，通过增加压扁成形高度，减少预锻工位飞边排料体积，同时在预锻下模增加肋结构，来改进预锻工位分料状态。改进结构后模拟结果如图4 所示，通过对压扁、预锻工位优化，终锻件充填状态良好，未发现锻件充不满。锻件折纹趋势分析结果如图5 所示，锻件未出现折叠，说明改进后工艺参数满足锻件成形需求。通过对成形工位结构优化，在变形过程中，从图6 温度分布图可知，锻模首先与坯料凸台及肋位置接触，在锻打成形初始阶段，这部分坯料由于首先与锻模接触，温度损耗较大。成形过程中，轮毂由正挤压肋部和反挤压轮毂内壁等方式充填模膛，坯料变形热及与锻模摩擦产生的热量对温度损耗进行了补偿，因此锻件温度下降较少。在锻打结束后，锻件温度分布较为均匀，整体温度依然较高，能够满足锻件成形及后续热切边对锻件温度的要求。
