封头成形的研究与发展(2)
惠培子等[10]对冷压S标准椭圆封头的塑性变形分布进行了相应的研究,利用ABAQUS软件对整个的冲压过程进行模拟分析,主要针对封头的等效塑性应变、厚度变化规律以及经向塑性应变进行了分析。
王妍娜[11]对大直径球形封头的下料尺寸计算进行了研究,通过将封头曲面按圆锥面近似展开,利用三角函数关系进行推导计算出下料的展开尺寸,确保整个封头的成形质量。
魏承辉等[12]利用相关的工艺计算,设计了蝶形封头的冷压模具,在不采用压边圈的情形下,选择通过2次拉伸将封头最终拉伸成形(弯曲模和弯曲-拉伸复合模),以防止出现起皱的成形问题。类似的封头均可以采用这种模具结构来完成冷压成形。
王世东等[13]研究了空气罐封头的成形特点,并设计了相应的模具。通过研究表明,当封头的局部需要成形时,相关联部分的变形会不均匀,这会导致材料流动性降低而出现裂纹。一般这种情况下,就需要改进工艺和模具结构来保证成型质量。
吴伯洁等[14]利用Dynaform软件对封头拉伸工艺进行模拟和改进,研究表明,通过设置拉延筋可以提高拉深阻力以防止起皱等现象的发生,同时拉延筋可以降低压边圈的载荷和壁厚的减薄量。最大主应力降低了约50%,最大主应变降低了约18%。
古创国等[15]应用Abaqus软件对椭球封头的冷拉伸过程进行了有限元模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比。主要研究了压边力、凹模圆角半径、摩擦力对椭球封头减薄和起皱的影响规律。
综上所述,冷压成形过程中容易出现起皱、过度减薄以及裂纹等现象。起皱主要出现在靠近凹模圆角的悬空区域,这是由于周向压应力大于此处材料的抗失稳能力所导致的。而减薄主要出现在封头底部和凹模圆角的悬空区,这主要是因为切向拉应力过大导致壁厚过度减薄。同时,在封头的局部需要成形时,要对封头的成形模具和工艺方法进行改进,防止由于材料的流动不均匀导致的裂纹出现。通常情况下,可以利用改变压边力的大小、凹模圆角半径、拉延筋类型等方法来避免冷压过程中可能出现的起皱和裂纹等现象。
2 旋压成形
旋压成形是指将平板坯料或空心坯料固定在旋压机的模具上,在坯料随同机床主轴转动的同时,用旋轮或赶棒加压于坯料,使其逐渐变形并紧贴于模具,从而获得所要求的零件。旋压成形适用于加工各种形状复杂的旋转体零件,可代替拉伸、翻边、缩口、胀形、弯边和叠缝等工序。旋压主要分为普通旋压和变薄旋压,后者也称为强力旋压。
张艳秋等[16]应用ANSYS软件对薄壁铝合金封头的旋压成形工艺进行了研究。研究表明,在薄壁封头的旋压成形过程中,翻边部分的外缘容易发生起皱。为防止发生失效,应采取弯边来提高外缘的刚度,同时应尽可能选择较小的进给比。
刘兴家等[17]对椭圆封头旋压控制参数进行了研究,对旋压成形的机理进行分析,建立旋压轨迹方程,并研究了渐开线参数的确定方法以及施压道次间距对起皱和减薄的影响。
李文平等[18]对蝶形封头的旋压成形进行了数值分析,主要研究了旋压过程中的应力应变规律,其加工的主要难点在于外缘的折边部分,球冠部分的旋压力基本保持不变,在外缘折边时需要更大的旋压力。
万晋等[19]利用有限元分析对近似椭圆封头和标准椭圆封头进行了对比研究,研究结果表明,近似椭圆封头虽然在外形上与标准椭圆封头较为接近,但在小圆弧的过渡区,应力分布更为复杂并且σmax与Smax都比标准椭圆封头大10%~60%。因此,在实际应用过程中2种封头的强度并不等效,不能互换。
A. Fiorentino等[20]对板料旋压的受力和精度进行了试验研究,通过研究结果发现,当刀具的路径选择较小的角度时,封头的受力明显降低并且所得的尺寸精度也较高。
高晶晶[21]对大型壁厚封头的旋压成型工艺进行研究,利用有限元软件进行数值模拟,针对旋轮进给比、摩擦因数、旋轮安装角对封头的应力应变、壁厚等的影响规律进行了探索,同时对第二、第三次旋压成形规律进行了研究。
从上述研究中可以看出,由于在旋压过程中,外缘的宽度和刚度随着进给不断地降低,塑性变形区不断加大,从而导致封头的外缘容易失稳而产生皱折。因此,在旋压前需要对毛坯的外缘进行预弯边来提高刚度。同时,通过数值模拟发现,旋压过程中球冠部分的旋压力基本保持不变,在外缘折边时需要更大的旋压力。这主要是由于随着进给的不断增加,外缘的变形程度增加,加工硬化现象等因素造成的。通常情形下,通过旋压制成的封头产品在外形上呈近似椭圆结构,与冷压成形的标准椭圆相比,旋压成形的封头在应力分布上更为复杂,并且2种封头的强度并不等效,在实际生产中如果要替换则需要重新校核强度。因此,旋压成形的方法在大批量的生产中有一定的局限性。
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