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双筒形皮带轮多道次拉深成形工艺

更新时间:2009-03-28

皮带轮作为机械传动系统中的重要部件之一,因其具有精度高、节能、节材、动平衡好等特点,被广泛应用于汽车工业。皮带轮的传统制造工艺是采用铸造或锻造的方法制成毛坯,再经切削加工制成。这种成形方法具有加工余量大、零件笨重、材料利用率低等缺点,且不适用于高速皮带轮的制造。为了克服传统工艺的缺点并实现皮带轮轻量化,冲压焊接成形、冲压胀形和冲压、拉深、旋压成形等[1]新生产方法被采用。目前对皮带轮的研究主要是通过有限元模拟软件对其拉深成形过程进行模拟分析[1—4]。如文献[1]中李萍等人介绍了一种带圆筒形凸台皮带轮的成形方法,通过有限元模拟与试验相结合,拉深成形出合格样件。文献[2]中张向伟等人通过多道次变薄拉深有限元模拟,分析得出深杯形件最佳工艺参数。文献[3]中肖冰娥等人重点分析了工艺以及模具对大高径比筒形件拉深过程影响,并优化了工艺及模具参数。

文中将以双筒型皮带轮为研究对象,采用有限元模拟软件 DEFORM,对其多道次拉深工艺进行模拟研究,分析成形过程中金属流动及应力、应变分布情况,并对该皮带轮进行成形试验,与模拟相验证。

1 成形工艺分析

1.1 零件分析

所用材料为厚度为2.0 mm、SPHE的冷轧钢板,其屈服强度为325 MPa,密度为7.851 g/cm3,弹性模量为305 GPa,泊松比为0.29。零件要求整体壁厚大于1.75 mm,内筒深度为22 mm,内径为40 mm,外筒深度为28.4 mm,外径为60 mm。根据体积不变原理考虑零件冲孔及后续加工余量,选用直径为109.5 mm,厚度为2 mm的圆板进行多道次拉深成形,零件图见图1。零件要求最小壁厚为1.75 mm,有几处圆角较小,需经过多道次拉深后逐步成形。内筒较深,采用多道次拉深后可以降低内壁减薄情况。

  

图1 零件图Fig.1 Parts

1.2 成形方案及参数确定

双筒形零件一般有两种成形方法[5—8]:一种为正拉深,即先拉深内筒,然后将凸缘多道次拉深成外筒;一种为反拉深,即先拉深外筒,然后多道次反拉深内筒。文中采用反拉深成形此零件。

板料拉深成带凸缘圆筒件时,拉深系数其余各道次拉深由大直径圆筒拉深成小直径圆筒,其拉深系数可表示为:

 

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1)通过分析双筒形皮带轮的结构特点,结合相关的理论计算采用多道次拉深的方法,可有效降低成形过程中壁厚减薄严重和厚度不均的问题。

以防危险断面处严重变薄。除最后一次拉深工序外,其他所有各次拉深工序中,凸模的圆角半径为凹模圆角半径的0.6~1倍。拉深高度由式(2)确定。

与本科类中外合作办学相比,专科层次的中外合作办学往往在办学定位等方面十分尴尬,许多报考高职中外合作办学的学生都是因为在国内没有学校可以上或者是想留在较发达地区就读,很少有人能真正出国留学,真正奔着留学目的的学生几乎是凤毛麟角,而实际上有意愿报考此类项目的考生往往在语言能力和经济实力等方面比较尴尬,这就使得当前不少高职院校开办的中外合作办学项目“沦为鸡肋”,有名无实,难以得到学生、家长乃至社会的认可。

 

表1 各道次拉深模具相关参数Tab.1 Relative parameters of drawing in each step mm

  

拉深道次 外筒直径 内筒直径 外筒高度 内筒高度1 60 − 50 −2 60 45 26.6 27.7 3 60 44.5 26.3 27.7 4 60 44 24.6 23.0 5 60 44 24.6 20.4 6 60 44 24.5 20.3 7 60 44 24.4 20.2 8 60 44 25.5 20

2 有限元建模及模拟结果分析

2.1 有限元模型建立

采用DEFORM-3D有限元软件对多道次成形过程进行模拟分析[9—13],所用材料的材料库为AISI-1008,摩擦因数设为0.12,拉深速度为90 mm/s,温度为20 ℃。图2所示为拉深过程中两组模具。

  

图2 拉深模具Fig.2 Drawing die

2.2 模拟结果分析

第1道次主要是将板料全部拉深进凹模,使圆筒的直径达到外筒所需的要求。由于圆筒圆角处一直跟凸模接触为减薄最严重处,其最小厚度约为1.75 mm,筒壁最大厚度约为2.3 mm。见图3。

第5至7道次主要是通过多道次拉深减小内筒及外筒的高度,使内筒、外筒壁厚分布更加均匀。从图4可以看出,塑性变形区主要集中在内筒筒底圆角处及外筒圆角,这两处由于一直是零件减薄比较严重的地方,所以变形比较剧烈。同时在拉深过程中并未出现零件的拉裂及圆角处的折叠等缺陷[14—15]。第 7道次拉深结束后零件成形情况见图4,可以看出在外筒圆角和内筒圆角处有稍微的欠料,可以通过一道次整形使圆角处更为饱满。

各道次拉深模具相关参数具体见表1。首次拉深时,板料塑性好、材料组织均匀、凸模与板料接触面积大,所以首次拉深深度应大于后续拉深深度,这样可以为后续道次更好的聚料。成形后几道次板料发生加工硬化,拉深深度应该逐渐减小,保证工艺的可行性。

第2道次至第7道次等效应变分布见图4,可以看出,第2至4道次主要是用多道次反拉深成形内筒,从而达到内筒所需直径要求。通过第2道次尽可能多地在圆筒底部聚料,3, 4道次逐渐将内筒直径缩小至44 mm,通过减小内筒、外筒筒壁的高度使壁厚分布更加均匀。

结合模拟结果,在JH21-1608高速冲床上进行试验,所得零件见图6,零件成形质量良好壁厚达到所需要求,无缺陷产生。

式中:为第n次拉深系数(n=1, 2, 3, 4…);D0为毛坯直径(mm);dn为各道次拉深后的筒形件直径(mm)。

  

图3 第1道次壁厚分布Fig.3 Wall thickness distribution of the 1st step

  

图4 第2道次至第7道次等效应变分布Fig.4 Equivalent strain distribution of the 2nd~7th steps

  

图5 第8道次零件成形情况Fig.5 Parts forming of the 8th steps

3 试验验证

第8道次主要是通过整形,使内筒、外筒圆角处充填饱满,各处尺寸达到零件所需要求。第8道次零件成形情况见图5,可以看出,内外筒圆角成形饱满无明显的欠料,各处壁厚达到了零件所需的要求,8道次拉深总体成形质量较好。由于前7道次属于普通拉深成形载荷不大(小于 1000 kN),最大成形载荷出现在第 8道次整形过程中,最大成形载荷如约为2100 kN。

  

图6 试验所得零件Fig.6 Parts obtained from experiment

4 结论

拉深凹模圆角大小也可按经验公式(见式(2))确定:式中:rd为凹模圆角半径(mm);d为第1次拉深后的工件直径(mm);t为板料厚度(mm)。

三是逐步完善“一河(湖)一策”。坚持问题导向,因河湖施策,科学制定和完善“一河(湖)一策”实施方案,有针对性地提出治理和保护对策,强化对方案执行情况的督导检查,建立以“一河(湖)一策”为核心的差异化考核指标体系。注重规划统筹,推进涉河湖各专项规划“多规合一”,确保湖生态健康、功能永续利用。

未来,全球主要油气产量仍由中东地区、中亚-俄罗斯地区和美洲地区贡献,美洲地区产量占比增长明显,中东、中亚-俄罗斯及非洲地区产量占比趋于平稳。欧洲地区产量占比在2025年后迅速减小。预计2035年美洲地区油气当量产量为39亿吨,占比为41%;中东地区油气当量产量为26.3亿吨,占比为28%;中亚-俄罗斯地区油气当量产量为12.4亿吨,占比为13%。

2)采用有限元软件模拟多道次拉深成形过程,分析成形过程中金属的变形情况及流动特点,可以得出,随着拉深道次的增加,各圆角处应力应变值都会相应的增大,导致圆角持续的减薄。

3)通过第 1至 4道次较大的凸模圆角半径及内筒较大的深度,可以有效地为后续道次聚料并降低零件减薄。

4)通过有限元模拟与试验相结合的方法,试制出了满足要求的零件。

在这样的背景下,一些媒体特别是自媒体从吸引眼球和流量考虑,也往往有意去迎合这样的说法。其表现在于,一是大量男司机肇事事件未必有人报道,而女司机肇事案则曝光率很高;二是男司机肇事即使被报道,因为没有吸睛点,往往不被人关注,而女司机肇事则会成为关注和议论的焦点,于是便形成了报道越多,越引发关注和议论;越容易引发关注和议论,就越被重点报道和特别“关照”的恶性循环。

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唐季平,胡传鹏,魏李,杨卫正,吴超,薛克敏
《精密成形工程》 2018年第02期
《精密成形工程》2018年第02期文献

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