防噴器是用于試油、修井、完井等作業(yè)過程中關(guān)閉井口，防止井噴事故發(fā)生的安全密封井口裝置，防噴器將全封和半封兩種功能合為一體，具有結(jié)構(gòu)簡單，易操作，耐高壓等特點(diǎn)。本文針對某公司雙閘防噴器產(chǎn)品，在實(shí)際生產(chǎn)前，通過Forge軟件對其成形工藝進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，對其成形過程中壓機(jī)受力、坯料溫度場、沖頭尺寸設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析，選擇合理的工藝參數(shù)及沖頭尺寸，最終通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證了工藝的可行性。
工藝簡介
鍛造工藝路線：14.5t的8角鑄錠，材料為34CrMo4，選用50MN快速鍛造液壓機(jī)組開展鍛造成形過程。具體過程：壓鉗口→倒棱→鐓粗→壓方750mm×1020mm→兩端滾圓→沖孔，其中沖頭設(shè)計(jì)成有一定斜度，便于取出。
成形工藝數(shù)值模擬仿真
有限元模型建立及參數(shù)設(shè)置
采用SolidWorks軟件對鑄錠、平砧、沖頭等進(jìn)行三維建模，鑄錠模型見圖1。
將.STL文件導(dǎo)入Forge軟件并進(jìn)行網(wǎng)格劃分及參數(shù)設(shè)定，如圖2所示，有限元模型分為三部分：上模、鑄錠、下模。鑄錠坯料網(wǎng)格數(shù)77001。鑄錠始鍛溫度1250℃，平砧預(yù)熱至250℃。壓機(jī)參數(shù)選擇Hydraulic，壓機(jī)速度鐓粗時40mm/s，拔長時60mm/s，停止壓力為5000t。鑄錠材料為34CrMo4-1.7220，成分見表1。
模擬過程介紹及分析
在模擬仿真設(shè)置過程中，前期使用平砧壓鉗口、倒棱，然后進(jìn)行鐓粗、拔長，最后用沖頭、墊圈沖孔。工藝流程及模擬示意圖見表2。
根據(jù)圖3所示模擬結(jié)果，鐓粗時壓機(jī)壓力最大為4859.8t，因此50MN壓機(jī)能滿足條件。整個過程中坯料表面溫度，模具受力數(shù)據(jù)匯總見表3。防噴器產(chǎn)品毛坯件成形過程中最大力出現(xiàn)在鐓粗過程，此過程要選擇合適的工藝及合理的壓機(jī)速度，通過多步鐓粗以減少壓機(jī)長時間滿載荷運(yùn)行。整個模擬過程顯示坯料表面溫度在1000℃左右，在熟練操作設(shè)備時可高效完成成形工藝過程。
現(xiàn)場驗(yàn)證
利用數(shù)值模擬仿真成形的工藝參數(shù)，在現(xiàn)場進(jìn)行了試驗(yàn)，圖4為沖頭、熱處理后的防噴器毛坯件。生產(chǎn)過程中的結(jié)果與數(shù)值模擬工藝中所采集的數(shù)據(jù)非常接近。防噴器毛坯件經(jīng)探傷合格。
結(jié)束語
利用有限元數(shù)值仿真模擬軟件Forge對防噴器產(chǎn)品毛坯件鍛造成形過程進(jìn)行全流程模擬，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，生產(chǎn)出表面和內(nèi)部質(zhì)量良好的毛坯件，通過最終精加工完成客戶要求，SolidWorks+Forge軟件進(jìn)行有限元模擬仿真，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際為客戶提供高品質(zhì)鍛件產(chǎn)品。
