随着当前科学技术的发展，人们对
三通阀体零件的高性能和耐磨性能提出了更高的要求。传统的
三通调节阀体零件（如图1所示）采用普通成形的方法生产，侧孔只能靠机加完成，主要存在材料利用率低，不适应大批量生产等问题，改为多向主动加载成形后，不仅节省了能源，材料利用率大大提高，其经济效益和社会效益更为可观。本文主要对3种不同的多向主动加载成形方式中金属流动规律及计算机模拟过程中挤压力对模具的影响方面提供工艺设计依据。
一、多向主动加载成形方式模型的建立
普通的金属塑性成形时，只是在轴向或侧向加压变形，多向加载成形是同时或顺序在轴向和径（侧）向加压，成形出不同方向带枝牙和空腔类结构复杂的零件。
本文采用Msc。superform软件对三通阀体零件多向主动加载成形过程的金属流动规律进行了数值模拟。在成形过程中先将凸模2与水平凹模闭合，形成封闭的型腔，然后通过凸模1和凸模2分别图2零件的加载过程示意图运动，从不同方向对在同一模膛内的坯料进行挤压成形。但模拟复杂零件挤压问题的单元网格规模太庞大，可导致计算机的动态内存分配空间不足，为降低计算过程对内存容量的要求，且保证模拟精度不受影响，对几何模型进行适当的简化。具体加载示意图模型如图2所示。工件中坯料可受到水平方向凸模1和垂直方向的凸模2的作用，从而完成不同方向的挤压成形。
本文中毛坯材料为AZ31镁合金；摩擦因数0.01；初始温度350℃；环境温度20℃；加载速度100mm/s。
二、成形工艺方案的确定
1、方案A：多向同步加载
多向同步加载是凸模1和凸模2以不同的速度图3多向同步加载时间-速度图同时进行加载，从而完成侧孔和顶部孔的成形。具体行程曲线如图3所示。
多向同步加载成形时金属流动规律：
3通阀体零件在多向同步加载成形时，在变形的开始阶段，凸模1、2开始与坯料接触，如图第10步所示，金属首先在凸模1与凹模围成的空腔流动，并且顺着凸模1运动的方向流动；随着凸模1、2不断前进，此时金属仍在凸模1与凹模围成的空腔流动，但开始向凸模1运动的反方向流动，此时为反挤压，如图20步所示；随着挤压的进一步进行，凸模2的继续向下运动，金属逐渐向上运动，填充凸模2与凹模围成的空腔，如图4第30步所示；随着凸模1、2的继续运动，大部分金属将沿着凸模1运动的反方向进行，直至填充满，如图45步所示。在挤压终了阶段，金属流动剧烈，变形量较大。
2、方案B：多向分步加载
多向分步加载分3步挤压完成。首先，凸模1向侧向行25mm；其次，凸模2向下行完；最后，凸模1走完剩余路程，此时行程全部走完。具体行程曲线如图5所示。
多向分步加载成形时金属的流动规律：
在挤压初始阶段，凸模2不动，凸模1侧向运动，金属在凸模1与凹模围成的空腔流动，并随着凸模1的运动而运动，如图第10步所示；当走到第50步时，凸模2开始向下运动时，金属分开2个方向流动，一部分金属填充凸模1与凹模围成的空腔，另一部分向凸模2与凹模围成的空腔流动；随着凸模2的不断向下挤压，流向凸模1与凹模围成的空腔的金属速度减慢，直到充完空腔后，流向凸模2与凹模围成的空腔的那部分金属开始加速运动填充，直到第200步凸模2运行结束，凸模1继续向侧向运动，此时，金属运动方向较复杂，根据最小阻力定律，随着挤压的进一步推进，金属开始往凸模2与凹模围成的空腔凸台流动的速度不断增加，此时筒部流动速度较小，但仍在继续充填，直到凸台充满，整个加载结束。
3、方案C：多向顺序加载
多向顺序加载，凸模1先向右加载完毕后，凸模图7多向顺序加载时间-速度图1再行程。具体行程曲线如图7所示。
多向顺序加载成形时金属流动规律：
图8可以看到金属的流动比较复杂。在第1加载的初始阶段，金属随着凸模1的不断侧向加载，金属先在凸模1与凹模围成的空腔内流动，其中大部分金属与凸模1运动的方向相同，如图8
第30步所示；随着加载的进行，金属开始不断地填充凸模1与凹模围成的空腔，直到金属接触凹模侧壁，如图第101步所示；当凸模2开始运动时，一小部分金属仍凸模1与凹模围成的空腔流动，但大部分金属沿凸模2与凹模围成的空腔向上行驶，如图第120步所示；随着凸模2的继续向下挤压，根据最小阻力定律，金属仍在填充空余的空腔，直至整个空腔全部充满，模拟结束。
4、4种方案在成形时挤压力的比较
图9是由计算机模拟得到的凸模1和凸模2加载挤压力对比图，从图中可以看出，同步加载和顺序加载曲线比较分布加载陡，即分布加载曲线较为平缓。同步加载和顺序加载在挤压刚开始时，挤压力急剧上升，且持续时间长，对模具寿命影响很大；同步加载凸模1的挤压力较大，达到了1.4×10
5N，根据零件的对称性，设备要求在1300t左右；顺序加载凸模1的挤压力比同步加载稍低一点，大约1.3×10
5N，根据零件的对称性，设备要求在1200t左右，但顺序加载曲线起伏较大，模具寿命影响很大；而分布加载中凸模1和凸模2的挤压力较小，减小了对模具的损伤而且对设备要求就比较低，大概在390t左右。综上分析，多向顺序加载为最佳成形工艺，可供实际生产参考。
三、结论
通过对三通阀体零件多向同步加载、多向分步加载、多向顺序加载3种方案的时间———速度图、金属流动速度矢量图及在加载过程中挤压力曲线的比较，得到以下结论。
1、通过4种方案中凸模1和凸模2挤压力的比较，可知同步加载和顺序加载在挤压初期，挤压力上升较快，且持续时间长，对模具寿命影响也很大而且对设备要求较高；而多向分布加载，凸模1和凸模2的挤压力曲线上升较平缓，挤压力小，减小了对模具的损伤，对设备要求也较低，因此为最佳工艺方案。
2、通过实验验证可知多向分布加载为最佳工艺方案，与模拟结果一致。
3、多向同步加载时，相对于凸模1来说，金属先为反向挤压，再为径向挤，在挤压末期，金属沿阻力最小的方向流动直至把空腔全部填充满；多向顺序加载时，第1加载的初始阶段，金属随着凸模1的运动，一部分金属顺着凸模1的方向流动，另一部分金属与之相反方向流动，不断填充凸模1与凹模围成的空腔，进入第2加载后，金属大部分向凸模2运动的反方向运动，填充凸模2与凹模围成的空腔，直到整个凸台和凹槽侧壁全充满。多向分布加载时，金属开始在凸模1与凹模围成的空腔流动，一部分为正挤，为后续做准备，一部分为反挤，填充凸模1与凹模围成的空腔，随着挤压的进行，大部分金属开始填充凸模2与凹模围成的空腔，直到全部充满，整个加载结束。
参考文献
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