多楔帶輪旋壓成形預(yù)成形工藝參數(shù)對腰鼓成形的影響_圖文

1、26模具工業(yè)2010年第36卷第1期沖模技術(shù)多楔帶輪旋壓成形預(yù)成形工藝參數(shù)對腰鼓成形的影響夏琴香1, 王映品1, 王甲子1, 林業(yè)海2, 吳振邦2(1. 華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院, 廣東廣州510640;2. 中山中炬精工機(jī)械有限公司, 廣東中山528400摘要:用腰鼓件成形質(zhì)量作為預(yù)成形工藝參數(shù)衡量指標(biāo), M 及腰鼓成形進(jìn)行了數(shù)值模擬, , 明, ; 影響; ; ; ; :B文章編號(hào):1001-2168(2010 01-0026-06I nfluence of p reformin g p arameters on the drummin gin multi -w ed g e bel

2、t p ulle y s p innin gXIA Qin -xian g 1, WANG Y in g -p in 1, WANG Jia -zi 1, LIN Y e -hai 2, WU Zhen -ban g2(1.School of Mechanical and Automotive En g ineerin g , South China Universit y of Technolo gy ,Guan g zhou , Guan g don g 510640, China ; 2. Zhon g s han J on j ee Precision Machiner y Co.,

3、Ltd , Zhon gs han , Guan g don g 528400, China Abstract :Takin g the formin g q ualit y of a waist drum p art as the index criteria of p reformin g p a rameters , the finite element software MSC. Marc was used to numericall y simulate the p reformin g and drummin g of a multi-wed g e belt p ulle y .

4、 The influence of p reformin g p arameters on the drum min g was studied and verified b y ex p eriments. The res ults s how that the friction on the lower die s urface is beneficial to the p reformin g ; the clearance between the roller base and lower die obvi ousl y influences the base end and o p

5、en end dimension ; and the radial reduction amount of the roller on the work p iece has a g reat effect on the q ualit y of the waist drum p art.K e y w ords :multi-wed g e belt p ulle y ; s p innin g ; p reformin g ; p rocess p arameters ; drummin g收稿日期:2009-07-06。作者簡介:夏琴香(1964- , 女, 江西九江人, 教授, 主要從

6、事金屬塑性加工成形與模具CAD 方向研究, 地址:華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院, (電話 (電子信箱 m e q xx i -a scut. edu. cn 。1引言自上世紀(jì)70年代以來, 板制帶輪旋壓技術(shù)在國外得到快速發(fā)展, 并逐步趨于成熟, 但主要以技術(shù)應(yīng)用和設(shè)備研制為重點(diǎn)1。我國自上世紀(jì)80年代開展板制帶輪旋壓技術(shù)研究, 由于帶輪的旋壓過程非常復(fù)雜, 受材料性能、摩擦、潤滑條件、變形速度、旋輪角度和各液壓缸進(jìn)給配合的共同影響, 其旋壓成形工藝、變形規(guī)律及機(jī)理成為塑性加工研究中的一大課題2。長期以來, 國內(nèi)研究主要集中于:針對帶輪產(chǎn)品開展應(yīng)用研究, 實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)專用

7、旋壓機(jī)床的研制; 對板制帶輪旋壓成形工藝進(jìn)行探討和研究, 提高旋壓技術(shù)在帶輪加工領(lǐng)域的應(yīng)用3; 應(yīng)用有限元數(shù)值模擬技術(shù)對板制帶輪旋壓成形機(jī)理進(jìn)行研究, 以尋求板制帶輪旋壓成形規(guī)律4。胡大橋等在上世紀(jì)90年代就某柴油發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇帶輪齒形加工進(jìn)行了試驗(yàn)研究, 針對旋齒過程中齒尖充不滿、輪齒表面質(zhì)量差、旋齒存在飛邊及徑向裂紋等缺陷進(jìn)行了深入研究, 并提出了解決措施5。丁偉棠、徐定康等根據(jù)產(chǎn)品特殊要求, 通過引進(jìn)德國 27模具工業(yè)2010年第36卷第1期 (a 預(yù)成形(b 腰鼓成形(c 增厚成形圖2增厚成形3工步旋壓設(shè)備, 研究了帶輪旋壓加工工藝, 發(fā)表了旋壓帶輪節(jié)約增效的探索與應(yīng)用6論文。至20世紀(jì)末

8、, 國內(nèi)已基本掌握單槽輪、雙槽輪、劈開輪的旋壓成形技術(shù), 而多楔輪的旋壓成形技術(shù)還未完全成熟, 多楔輪基本還是采用車削加工生產(chǎn)7。目前, 國內(nèi)尚未見對多楔帶輪旋壓成形的預(yù)成形過程工藝參數(shù)研究的文獻(xiàn)報(bào)道。在深入分析多楔帶輪旋壓成形工藝的基礎(chǔ)上, 提出采用側(cè)壁增厚的多楔帶輪旋壓成形工藝, 并對預(yù)成形過程工藝參數(shù)進(jìn)行研究, 以獲得最佳的旋壓成形工藝參數(shù), 豐富多楔帶輪旋壓成形工藝及理論, 為生產(chǎn)實(shí)踐提供指導(dǎo)。2六楔帶輪旋壓成形工藝分析以整體式六楔帶輪(最小壁厚為2. 2. 5+0. 2mm , 。因此, 要達(dá)到旋齒壁厚要求, 可采用2種制坯方案:(1 直接采用2. 8mm 的板料制坯, 再進(jìn)行旋壓加

9、工齒形7, 這是目前國內(nèi)普遍采用的成形工藝。(2 用2. 5mm 的板料制坯, 設(shè)計(jì)合理工藝對側(cè)壁進(jìn)行增厚處理, 再對齒部進(jìn)行旋壓加工。對比以上2種加工工藝可知, 采用方案(1 , 齒部旋壓后需對端面進(jìn)行車削加工, 加工量大且精度難以保證。采用方案(2 , 不僅節(jié)省了材料, 還可減少加工工序、縮短加工時(shí)間、保證加工精度。采用方案(2 制坯, 可將多楔帶輪成形過程劃分為2個(gè)變形階段8:增厚成形階段(包括預(yù)成形、腰鼓成形、增厚成形3個(gè)工步, 如圖2所示 與旋齒成形階段(包括齒部預(yù)成形、整形2個(gè)工步 。預(yù)成形的目的是成形出壁部凸肚、長度為L 的預(yù)成形件, 實(shí)現(xiàn)材料分區(qū), 保證端部成形尺寸及壁部楔齒體

10、積要求, 為腰鼓成形工步能夠成形合格的腰鼓成形件作準(zhǔn)備(鼓形長度為L 、鼓高半徑為R , 保證增厚成形得到合格的增厚件, 如圖2所示。(a 毛坯(b 齒形結(jié)構(gòu)圖1六楔帶輪3預(yù)成形工藝參數(shù)根據(jù)工藝分析可知, 預(yù)成形工步的關(guān)鍵在以下2個(gè)方面:(1 實(shí)現(xiàn)材料分區(qū)(材料分區(qū)狀況如圖3所示 ,其中I 區(qū)需保證帶輪端部輪廓尺寸及加工余量; II 區(qū)需保證旋壓成齒所需材料的體積, 也是腰鼓成形及增厚成形的主要變形區(qū); III 區(qū)主要保證帶輪口部的輪廓尺寸及加工余量。(2 得到微帶鼓形的預(yù)成形件, 使其具有一定的初始凸肚, 形成腰鼓成形所需的脹形趨勢, 使預(yù)成形件在受到軸壓時(shí)按照預(yù)想方式發(fā)生脹形9, 保證腰鼓

11、成形的順利進(jìn)行及腰鼓件的成形質(zhì)量。 28模具工業(yè)2010年第36卷第1期根據(jù)上述分析, 選取旋輪進(jìn)給比f 1、旋輪底面與下模間隙(如圖4所示 、旋輪沿徑向施加給工件的壓下量(簡稱徑向壓下量 、摩擦因數(shù)作為預(yù)成形工藝參數(shù)。 圖3預(yù)成形件材料分區(qū)示意圖I. 端部區(qū)II. 側(cè)壁區(qū)III. 口部區(qū) 圖4旋輪底面與下模間隙1. 下模2. 毛坯3. 上模4. 旋輪由于旋輪轉(zhuǎn)速的改變對旋壓成形并無顯著影響, 考慮到設(shè)備狀況和生產(chǎn)效率, 將旋輪轉(zhuǎn)速設(shè)定為360r/m in 。所選預(yù)成形工藝參數(shù)見表1。4成形工藝參數(shù)對腰鼓成形的影響 根據(jù)成形工藝與變形機(jī)理分析, 影響預(yù)成形件成形質(zhì)量的因素有:(1 壁部是否能成

12、形出初始凸肚, 為腰鼓成形作準(zhǔn)備。(2 預(yù)成形件的回彈量不影響腰鼓成形質(zhì)量。4. 1摩擦因數(shù)的影響根據(jù)工藝分析, 多楔帶輪成形過程中, 下模(如圖4所示 表面粗糙度值對成形過程影響較大, 與腰鼓成形、增厚成形密切相關(guān), 因此有必要對下模端面摩擦因數(shù)進(jìn)行控制。一般無潤滑或低效潤滑金屬與金屬之間表面摩擦因數(shù)為0. 20. 510, 結(jié)合旋壓設(shè)備工作壓力及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊, 選取摩擦因數(shù)分別為0. 2和0. 3。以成形云圖及徑向截面外層節(jié)點(diǎn)軸向位移為衡量指標(biāo), 分析不同摩擦因數(shù)對腰鼓成形影響, 如圖5所示。(a =0. 2(b =0. 3圖5不同摩擦因數(shù)對腰鼓成形影響云圖由圖5可知, 摩擦因數(shù)越小所成形

13、的鼓形越小,口部翻邊越嚴(yán)重, 而這些現(xiàn)象都是工藝設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)避免的, 因?yàn)楣男卧叫? 表示用于增厚成形壓縮的材料越少, 達(dá)不到增厚的目的。腰鼓件口部翻邊越嚴(yán)重, 與增厚旋輪徑向進(jìn)給干涉就越嚴(yán)重, 容易在口部成形時(shí)產(chǎn)生缺陷。在設(shè)計(jì)下模時(shí), 需要增大下模端面的有利摩擦, 減少側(cè)壁的有害摩擦。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊, 摩擦因數(shù)取0. 4容易造成工件表面磨損, 故將下模與工件之間的摩擦因數(shù)控制在0. 3為宜。4. 2進(jìn)給比的影響旋輪進(jìn)給比f 1是指下模旋轉(zhuǎn)一周旋輪沿下模徑向進(jìn)給的距離。不同進(jìn)給比對預(yù)成形的影響如圖6所示。圖6不同進(jìn)給比對預(yù)成形的影響表1預(yù)成形工藝參數(shù)進(jìn)給比f 1-1旋輪底面與下模間隙/mm 徑向

14、壓下量摩擦因數(shù)0. 20. 240. 20. 30. 64. 80. 30. 41- 29模具工業(yè)2010年第36卷第1期由圖6可知, 在其他參數(shù)保持不變的情況下, 旋輪進(jìn)給比對預(yù)成形過程的影響不大, 成形的弧形差別不大。由于旋輪進(jìn)給比對預(yù)成形件的回彈有一定的影響, 旋輪進(jìn)給比越大, 回彈越大11。綜合多楔帶輪旋壓成形設(shè)備性能及成形狀況, 旋輪進(jìn)給比f 1取0. 4mm/r 可以滿足生產(chǎn)效率的要求。4. 3旋輪底面與下模間隙的影響旋輪底面與下模間隙主要影響多楔帶輪工件端部及口部尺寸。帶輪端部及口部半徑尺寸設(shè)計(jì)要求為R 72. 34mm (如圖1所示 , 同時(shí)需要預(yù)留0. 5mm 的單邊加工余量

15、, 因此旋壓帶輪工件端部及口部半徑尺寸至少為R 72. 84mm 。根據(jù)帶輪旋壓設(shè)備狀況, 0. 2、0. 6、1mm , R D 口部半徑R K , , 7所示。由圖7(a 可見, 隨著旋輪底面與下模間隙的增大, 即旋輪位置的升高, 預(yù)成形件端部半徑隨著減小, 而口部半徑隨之增大, 且預(yù)成形件口部及端部的半徑基本小于毛坯原始尺寸R 73mm 。這是因?yàn)轭A(yù)成形過程中, 旋輪徑向進(jìn)給對側(cè)壁產(chǎn)生擠壓, 促使毛坯直徑不同程度縮小造成的。由圖7(b 可見, 預(yù)成形件在完成腰鼓成形后, 腰鼓件端部及口部半徑均增大。其原因在于, 腰鼓形端部圓角軸向受壓, 增大了端部半徑; 而口部縮徑區(qū)在腰鼓成形過程中具有

16、沿下模端面徑向滑動(dòng)的趨勢, 隨脹形的完成將產(chǎn)生一定的徑向變形, 使工件口部半徑也具有一定程度的增大。由于最終帶輪工件口部厚度小于毛坯厚度, 允許增厚過程中通過降低旋輪擠壓口部材料來保證口部尺寸。而工件端部尺寸要求較嚴(yán)格, 機(jī)加工量小, 故需要優(yōu)先保證端部半徑尺寸。, :1 , 預(yù)留預(yù)成形半徑壓縮(2 增加拉深預(yù)制坯高度, 確保各區(qū)材料滿足成形要求。(3 在保證預(yù)成形旋輪與下模正常工作狀況下,應(yīng)該盡量降低預(yù)成形旋輪的位置, 以保證成形件端部的尺寸要求。從上述分析看, 方法(3 是最優(yōu)的。 (a 對預(yù)成形件的影響(b 對腰鼓件的影響圖7對成形件口部及端部尺寸的影響4. 4徑向壓下量的影響多楔帶輪旋

17、壓成形是通過4個(gè)旋輪(4道工序 逐個(gè)徑向進(jìn)給, 使外徑為<146mm 、壁厚為2. 5mm 的毛坯最終成形為內(nèi)徑為<131mm 、外徑為<144. 68mm 的帶輪零件。通過工藝分析可得, 預(yù)成形過程可供旋輪徑向壓下量最大為5. 05mm 。如何選取合適的旋輪徑向壓下量保證預(yù)成形及腰鼓成形質(zhì)量, 也是研究的重要內(nèi)容。通過分別選取徑向壓下量為4. 0、4. 8mm進(jìn)行模擬, 其結(jié)果如圖8所示。由圖8(a 可見, 2種不同的旋輪徑向壓下量均能成形一定的鼓形。由圖8(b 可見, 不同徑向壓下量對腰鼓成形質(zhì)量有較大影響, 當(dāng)壓下量為4. 0mm 時(shí), 鼓形不對稱性比壓下量為4. 8m

18、m 時(shí)更明顯, 會(huì)影響增厚成形的效果。5試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)是在自行研制的HG QX -LS45-CNC 型立式數(shù) 30模具工業(yè)2010年第36卷第1期 (a 對預(yù)成形的影響(b 對腰鼓形的影響圖8徑向壓下量對預(yù)成形與腰鼓成形的影響(模擬控旋壓機(jī)上進(jìn)行。進(jìn)行測量, 圖9=、8mm 時(shí), 為0. 3時(shí)的模擬結(jié)果對比曲線。 由圖9可見, 所得預(yù)成形件弧高形狀趨于一致, 工件端部縮徑處與模擬結(jié)果的最大誤差僅為0. 88mm , 試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果吻合較好。 圖9=0. 3無潤滑狀態(tài)模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比圖10所示為f 1=0. 4mm/r 、=4. 8mm 、=0. 3時(shí), 不同間隙下成形的7號(hào)(=0. 2

19、mm 、4號(hào)(=0. 6mm 及6號(hào)(=1mm 工件。由圖10可見, 間隙越小, 腰鼓的凸肚越明顯, 口部材料減少, 直徑減小、端部材料增多直徑增大。圖11所示為f 1=0. 4mm/r 、=0. 2mm 、=0. 3時(shí), 在不同徑向壓下量下對預(yù)成形件進(jìn)行工藝試驗(yàn)的圖10, 。當(dāng)為4. 8mm 及, , 與分析結(jié)果相符。圖11徑向壓下量對預(yù)成形件的影響(試驗(yàn)6結(jié)束語采用有限元軟件MSC. M arc 對多楔帶輪預(yù)成形及腰鼓成形進(jìn)行了數(shù)值模擬, 探討了預(yù)成形工藝參數(shù)對腰鼓成形的影響, 并進(jìn)行了工藝試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)論如下:(1 下模端面摩擦屬于有利摩擦, 摩擦因素越小, 腰鼓成形質(zhì)量越差, 容易產(chǎn)生成

20、形缺陷, 導(dǎo)致腰鼓成形及增厚成形失敗。(2 預(yù)成形旋輪進(jìn)給比對預(yù)成形過程及腰鼓成形過程影響不大, 在實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)工裝設(shè)備要求, 選擇合適的進(jìn)給比。(3 旋輪底面與下模間隙對最終工件的端部及口部尺寸具有較大影響, 其規(guī)律為間隙越大, 口部直徑越大, 端部直徑越小。 模具工業(yè) 2010 年第 36 卷第 1 期 31 基 于 MSC . Marc 的 汽 車 大 型 檢 具 底 座 數(shù)值仿真與結(jié)構(gòu)改進(jìn) 袁俊凇 , 孔 嘯 , 孫嘉繼 , 李 銘, 申 昱 200030 ( 上海交通大學(xué) 模具 CAD 國家工程研究中心 , 上海 摘要 : 針對汽車大型檢具底座笨重 、 易變形等問題 , 基于有限

21、元分析軟件 MSC. Marc , 分別對靜置 、 起吊 、 運(yùn)輸狀態(tài)下底座的變形和應(yīng)力情況進(jìn)行數(shù)值仿真 , 根據(jù)仿真結(jié)果 , 對底座結(jié)構(gòu)和起吊方式進(jìn)行改進(jìn) , 減 輕了底座的重量 ,減小了底座的變形量 ,增強(qiáng)了底座的安全性 。 關(guān)鍵詞 : 檢具 ; 底座 ; 數(shù)值仿真 ; MSC. Marc 中圖分類號(hào) : TP391. 9 ; TG803 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :1001 - 2168 ( 2010 01 - 0031 - 04 MSC. Marc - based numerical simulation on the base of large - scale checking t

22、ool for automobiles and the improvement of structure YUAN J un - s on g , KONG Xiao , SUN J ia - ji , LI Min g , SHEN Yu ( Sha n ghai J iaotong Unive rsit y , Sha n ghai 200030 , China Abstract : The bas e of a la rge-scale c hec king tool for a utomobiles ofte n app ea rs bulky a nd easily de forme

23、d . In orde r to imp rove the s tate , finite ele me nt a nal ysis s oftwa re MSC. Ma rc was us ed to nume ricall y simulate the deformation a nd s tress condition of the bas e in diffe re nt s tates . Bas ed on the simulation res ults , a new sc he me was introduced to imp rove the bas e s tructure

24、 a nd lifting method , whic h effectivel y reduces the wei ght a nd deformation a mount of the bas e , a nd thus im p roves the s e rvice safety. K y words : c hec king tool ; bas e ; nume rical simulation ; MSC. Ma rc e 1 引 言 及其總成 、 外飾件及其總成 、 內(nèi)飾件及其總成的質(zhì)量 要求越來越高 。作為主要質(zhì)量檢測手段的專用檢測 武漢大學(xué)學(xué)報(bào) , 2007 ,40 ( 4 :113 - 116. 5 林 隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展 , 對汽車沖壓件 ( 4 旋輪徑向壓下量對腰鼓件質(zhì)量影響較大 , 在允許的范圍內(nèi) , 旋輪徑向壓下量越大 , 其腰鼓件