鋁罐沖擊擠壓工藝關(guān)鍵影響因素分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u25128鋁罐沖擊擠壓工藝關(guān)鍵影響因素分析案例概述 142291.1模具材料的影響 1217581.2摩擦系數(shù)的影響 2207551.3擠壓速度對(duì)沖擊擠壓工藝的影響 460871.4模具結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 832031.5本章小結(jié) 101.1模具材料的影響在上一章內(nèi)容中講到，反擠壓凹凸模的材料應(yīng)該根據(jù)擠壓工藝的類型作選擇，所以根據(jù)本文選擇了Cr12MoV冷作模具鋼作為反擠壓凹凸模的材料，在本小節(jié)當(dāng)中，將使用Cr12MoV冷作模具鋼與理想狀態(tài)下剛體作為凹凸模材料，使用Deform-3D軟件進(jìn)行擠壓仿真，比較兩者對(duì)擠壓工藝的影響。在Deform-3D軟件當(dāng)中，加載完成鋁坯料及凹凸模的模型之后，需要對(duì)凹凸模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，否則無法選擇凹凸模的材料類型，此處將凹凸模劃分為32000個(gè)網(wǎng)格，并在軟件材料庫(kù)中選擇對(duì)應(yīng)Cr12MoV的型號(hào)，如圖3-1所示。a）凹凸模型網(wǎng)格劃分b）材料類型的選擇圖3-1模型網(wǎng)格劃分及材料選擇完成以Cr12MoV作為凹凸模材料的仿真之后繼續(xù)以剛體作為凹凸模材料進(jìn)行仿真，待兩者都仿真完成之后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析，主要仿真結(jié)果中的載荷曲線圖。a）Cr12MoV材料載荷曲線b）剛體材料載荷曲線圖3-2載荷曲線通過圖3-2可以看出，以Cr12MoV作為凹凸模材料或是將凹凸?？醋鲃傮w，仿真結(jié)果中載荷曲線的最大值均為462kN，且兩條載荷曲線幾乎一致，所以能夠得出結(jié)論：以Cr12MoV作為反擠壓凹凸模材料與理想狀態(tài)下情況一致，Cr12MoV可以作為反擠壓凹凸模材料。1.2摩擦系數(shù)的影響沖擊擠壓工藝屬于金屬塑性加工，而在塑性加工當(dāng)中，摩擦是普遍存在的問題，在實(shí)際加工當(dāng)中，摩擦力的大小會(huì)受許多因素的影響，而在仿真當(dāng)中，一般都做一些假設(shè)進(jìn)行近似計(jì)算。在考慮到工件材料與模具表面的接觸情況，趙恒章[13]指出有以下三種情況：（1）材料粒子粘著在工具表面上。（2）材料粒子和工具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但接觸壓力小。（3）隨著接觸壓力的增大，采用庫(kù)倫定律模型計(jì)算的摩擦力會(huì)超出剪切模型的計(jì)算值，這在實(shí)際中是不可能的，因?yàn)槟Σ翍?yīng)力不可能超過材料的剪切強(qiáng)度。在本文的研究當(dāng)中所采用的擠壓方式為反擠壓，在擠壓過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生較高的擠壓力，所以本文按照上述第三種情況考慮，采用剪切模型模擬摩擦。在各種成形條件下摩擦因子μ的值如下[14]：鋼、鋁、銅冷成形，用磷—皂潤(rùn)滑劑或油，μ=0.05~0.15；鋼、銅、鋁合金熱成形，用油基或水基石墨，μ=0.2~0.4；鈦、高溫合金熱成形，用玻璃潤(rùn)滑劑，μ=0.1~0.3；熱軋板材，鋁合金擠壓，不加潤(rùn)滑劑，μ=0.7~1.0。本文為純鋁的冷擠壓成形，所以選用磷—皂潤(rùn)滑劑或油，在仿真當(dāng)中摩擦因子的設(shè)計(jì)值為μ=0.05~0.15。由于Deform-3D軟件當(dāng)中配置對(duì)象間關(guān)系時(shí)，只有μ=0.08及μ=0.12兩項(xiàng)數(shù)值供選擇，所以在本小結(jié)中設(shè)計(jì)的仿真為相同擠壓速度及材料情況下兩種摩擦因子對(duì)擠壓工藝的影響，仿真結(jié)果如下圖所示。a）μ=0.08時(shí)載荷曲線b）μ=0.12時(shí)載荷曲線圖3-3不同摩擦因子情況下的載荷曲線從圖3-3中的載荷曲線可以看出，當(dāng)摩擦因子μ=0.08時(shí)，仿真過程當(dāng)中鋁坯料受到的最大載荷值為381kN，而在摩擦因子μ=0.12的情況下，鋁坯料受到的最大載荷值為462kN，并且當(dāng)μ=0.08時(shí)，整個(gè)成形過程中鋁坯料受到的均勻載荷要比μ=0.12時(shí)小得多。所以能夠得出結(jié)論，摩擦因子的值越高，在擠壓成形過程當(dāng)中鋁坯料受到的載荷力越大，根據(jù)沖擊擠壓工藝的要求，坯料受到的單位擠壓力要避免過高的情況，同時(shí)較低的載荷能夠減少?zèng)_壓機(jī)及凹凸模具的磨損，減少生產(chǎn)成本。但由于文本中凹凸模所選材料為Cr12MoV鋼材，此鋼材為高碳高鉬萊氏體鋼，在Deform-3D軟件中，此類鋼材推薦選用的摩擦系數(shù)為0.12，硬質(zhì)合金模具鋼推薦選用摩擦系數(shù)為0.08，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中成本與利潤(rùn)的關(guān)系，應(yīng)選擇摩擦系數(shù)為0.12進(jìn)行生產(chǎn)。1.3擠壓速度對(duì)沖擊擠壓工藝的影響在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，擠壓速度不僅會(huì)影響工件的成形質(zhì)量，還會(huì)影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，所以擠壓速度的設(shè)計(jì)要以工件質(zhì)量及生產(chǎn)效益為根據(jù)。在本文案例當(dāng)中，坯料受擠壓前的初始溫度為20℃左右，結(jié)合工廠的生產(chǎn)實(shí)例，凸模的擠壓速度取值范圍設(shè)定為5~20mm/s。在模擬仿真當(dāng)中，采用凸模工作帶長(zhǎng)度1.9mm，凹模型腔變壁處長(zhǎng)度1mm，摩擦因子0.12；擠壓速度分別取5mm/s，10mm/s，15mm/s。a）5mm/sb）10mm/sc）15mm/s圖3-4不同速度下的載荷曲線仿真結(jié)果如圖3-4所示。從模擬結(jié)果中可以看出，鋁坯料受到的載荷隨擠壓速度的增加而增加，這主要由于材料變形抗力增加所致[5]。在擠壓過程中，鋁坯料會(huì)沿著凹模型腔流動(dòng)，凸模的工作帶及凹模型腔作導(dǎo)向作用，當(dāng)擠壓完成之后，鋁罐薄壁會(huì)存在微小偏移，導(dǎo)致這種情況產(chǎn)生的因素可能是擠壓速度的不同，凸模工作帶的長(zhǎng)度及凹模型腔過渡帶的長(zhǎng)度。在實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中，由于成本及利潤(rùn)要求，產(chǎn)線的產(chǎn)能應(yīng)達(dá)到每分鐘生產(chǎn)180個(gè)鋁罐左右，所以在鋁罐沖擊擠壓仿真中將速度設(shè)計(jì)為15mm/s，在圖3-5中，以擠壓速度15mm/s為例，展示鋁罐沖擊擠壓全過程。a）step-1b）step9c）step19d）step58e）step86f）step124圖3-5鋁罐沖擊擠壓過程由圖3-6可以看出擠壓成形后的鋁罐偏移量約為0.59mm。圖3-6偏移量的測(cè)量1.4模具結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響在第二章內(nèi)容中講到，反擠壓凸模的錐頂角、工作帶長(zhǎng)度、過渡處倒圓角半徑，反擠壓凹模型腔變壁處長(zhǎng)度為模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，反擠壓凹模型腔變壁及反擠壓凸模工作帶在擠壓過程當(dāng)中直接與擠壓件接觸，所以這兩個(gè)參數(shù)會(huì)影響到擠壓件的成形質(zhì)量，反擠壓凸模錐頂角的角度及過渡處倒圓角的半徑?jīng)Q定了成形鋁罐底部?jī)?nèi)的形狀，錐頂角及倒圓角的尺寸會(huì)影響金屬塑性流動(dòng)過程，若尺寸選取不當(dāng)容易導(dǎo)致擠壓過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，在本節(jié)內(nèi)容當(dāng)中，主要選取不同凸模過渡處倒圓角半徑為變量，分析倒圓角半徑大小對(duì)仿真結(jié)果的影響，如圖3-7所示。在第四章響應(yīng)面分析內(nèi)容當(dāng)中，會(huì)以反擠壓凸模的錐頂角、工作帶長(zhǎng)度、過渡處倒圓角半徑三個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。a）r=0.5mmb）r=2.0mm圖3-7不同半徑倒圓角示意圖a）r=0.5mm金屬流動(dòng)趨勢(shì)圖b）r=2.0mm金屬流動(dòng)趨勢(shì)圖圖3-8金屬流動(dòng)趨勢(shì)圖a）r=0.5mm載荷圖b）r=2.0mm載荷圖圖3-9載荷曲線通過圖3-8我們可以看出，當(dāng)過渡處圓角半徑較小時(shí)，金屬流動(dòng)會(huì)集中在擠出口，此處受到的應(yīng)力最大，當(dāng)過渡處圓角半角變大時(shí)，可以看出擠出口的流動(dòng)密集程度明顯減小，從而此處受到的應(yīng)力也會(huì)較小?？梢缘贸鼋Y(jié)論，凸模過渡處圓角半徑越大，擠出口處的應(yīng)力就越小。但是從圖3-9中得知當(dāng)凸模過渡處圓角半徑增大時(shí)，擠壓件受到的最大載荷及平均載荷會(huì)有所減小。在后續(xù)的章節(jié)當(dāng)中，將會(huì)對(duì)擠壓速度、摩擦系數(shù)及模型主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從而得出最優(yōu)化模型參數(shù)。1.5本章小結(jié)在本章內(nèi)容當(dāng)中，主要對(duì)影響沖擊擠壓工藝結(jié)果的四個(gè)主要因素進(jìn)行對(duì)比分析并查閱由關(guān)Deform-3D仿真分析文獻(xiàn)，得出