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        以鋼球作為工作介質的殼體拉深成型工藝——余姚舜龍模具培訓

        以鋼球作為工作介質的殼體拉深成型工藝

        在基于工作介質的拉深工藝中,采用液體介質的板材成型工藝是制造拉深件、并經受了使用考驗的成熟技術。但是,這種工藝的缺點是需要附加液壓設備和在拉深模中需要采取花費較高的密封措施。而這些不足可以通過采用無定形固體介質(Dynamic Particle Forming動態粒子成形工藝)的鋼球所進行的拉深成形工藝來避免。新的研究成果表明,通過單個并合介質的打包,可以達到拉深工藝的進一步優化。 

        制造業所有領域里的企業都參與到了全球的競爭中。因此,德國的板材加工工業常常要被迫面對價格的挑戰,在價格上的要求,在經濟管理上是難于實現的。只有通過采用新的制造技術才能滿足以經濟的加工過程和以高的質量來制造構件的要求。按照這種觀點,在漢諾威高等??茖W校(www.fh-hannover.de),采用無定形固體介質鋼球的拉伸成形研究項目是一項很有應用前景的成形工藝項目。 

        基于無定形固體介質的拉深成形工藝與傳統工藝的比較 

        作為拉深成形的特殊工藝,Dynamic Particle Forming ( DPF )(動態粒子成形工藝, 即采用無定形固體介質的拉深成形工藝)與采用剛性模具(凸模+凹模)相比,在模具要進行改裝時,前者則具有較大的柔性;在制造模具時前者又可以節省費用,因為,只需要制造一個凹模就可以了。由于液壓成形工藝需要較大的鎖模力,所以需要采用附加的液壓設備。但是,采用無定形固體介質的拉深成形工藝可以應用于傳統的液壓拉深壓力機上,因此,不需要其他附加設備。新工藝另外的優點是,無定形固體介質有著類似液體的特性,因此,在拉深過程中出現的應力,在板材上是呈均勻分布的。 

        為了對在拉深過程中所產生的應力進行分析,是利用有限元方法研究了介質的特性。對于這種介質的情況,作為有限元分析的設想安排是來代替各個鋼球進行無間隙排列的仿真。 

        利用材料的物理特性(這里系指力(應力)與位移(變形)相聯系的材料機械特性譯注),球體填料的特性賦予了工件變形的連續性,對此,在以必要的各種參數進行了工作介質的大量單個試驗后,得到了現有的材料特性,并以有限元模型進行了分析。一個現有的模具當作模型來用,在這個模具上采用無定形固體介質成形工藝已進行了大量的板材拉深成形試驗。在制造模型時,模具僅以30。的凹口作軸對稱布置,由此縮短了計算時間。此外,通過采用硬材料鑄型來制造所有的模具零件,因為,這里只是對工作介質以及板料和膜片進行試驗。通過有限元分析所取得的成果表示在工作介質的三維應力分布上。在介質上面的范圍里,在凹模上面的半徑處產生最大的壓應力。在這個部位,板料連同膜片在工作介質的作用下繞著第一個半徑進行拉深。當進一步觀察應力時,出現一種橋式類型的應力。就是說,它產生一種橋式的形狀,靠在凹模錐形曲線上并相對于工作介質的對稱軸線延伸。 

        鋼球迅速卸載 減小橋式應力 

        橋式應力由于楔的緊鎖作用阻礙了材料的流動,由此增加了拉深時的力,這樣,對模片就增加了較大的負荷。此外,在工作介質的中間可以看到正在減弱的應力,在拉深件的底部,這個應力又稍有增大。這再次表明,在介質上面部分材料被楔緊,而在下面的部分則減輕了壓力。在實際的拉深過程中也出現了同樣的情況。通過給鋼球迅速卸載,而找到一種補救措施,以實現鋼球的重新進行定位,減小了橋式應力。利用已得知的材料物理特性,迄今并沒有成功使橋式應力減小。不過,已找到一種方案,大量的單個鋼球自動地同剛性鑄型模相匹配并利用現有的計算機能力進行計算。因此,在加載和卸載時也可以考慮鋼球的重新定位。 

        采用并合工作介質的拉深成形工藝 

        暫時取得的成果表明,在材料成形過程中出現鋼球在排列方面的無規則以及出現空位或間隙,這導致阻礙了材料的流動。這種現象通過模具的X射線照片同樣可得到證實。借助于一個玻璃制成的在結構上有一個單層成串排列球體的模型模具,在這里,有限元分析的成果可再次得到驗證。 

        在2007年3月出版的BLECH InForm雜志上已經介紹了采用無定形固體介質的板料成形技術。在這篇文章里,也列出了這種工藝需進行優化的幾個方面:膜片的使用壽命、操作和不間斷進行的成形。因此,在進行進一步的研究中,成形工藝是通過一個新的方案來進行改進,工作介質是以單個相互分開的并合體(Segmentel Action Media并合工作介質)替代一種在壓力腔中松散的球體填料。 

        在這里,工作介質(鋼球)被封焊在多個聚合物兜里,這種聚合物兜放置在壓邊圈的壓力腔里。這樣,采用無定形固體介質的拉深,在結構上較為簡單,并易于操作。因為工作介質已經被打包,在板料和工作介質之間就沒有必要安置聚合物膜片。此外,對于采用無定形固體介質板料成形工藝,所采用的聚合物兜以及松散的工作介質填料也與工件的幾何形狀無關。并合工作介質,能使工作介質的容積定量較為簡單,從而可便于適應工件的拉深深度。通過對單個聚合物兜進行添加或取出工作介質來實現容積的定量。由此,還可以同時明顯縮短準備時間,同時,損壞的聚合物兜可以十分方便地進行更換。用并合工作介質板料成形工藝能夠使難于成形的諸如鋁合金材料不間斷地實現成形。此外,即使在比無定形固體介質成形工藝還小的成形力情況下,仍可以達到較大的拉深深度。聚合物兜的形狀是可以變化的,以致幾乎可以實現工件所有的幾何形狀。由于聚合物兜可長期保持穩定,具有較高的生產效率和相當低的制造成本,采用并合工作介質成形工藝,可以看作是在基于工作介質的拉深工藝領域里在經濟技術上的進一步創新和發展。
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