遮陽罩連接件級進模具設(shè)計-沖壓模具含14張CAD圖
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國際期刊的精密工程和制造第十三卷,第 7 號,第 1239 - 1242 頁。2012 年 7 月/1239DOI:10.1007 / s12541 - 012 - 0164 – 6綠色替代處理技術(shù)彈簧定位銷的沖壓模組Myeong-Sik Jeong1, Sang-Kon Lee1, Ji Hyun Sung1, Kang-Eun Kim1, Shinok Lee2,Kang-Won Lee2, andTae-Hoon Choi1,#1 綠色轉(zhuǎn)型技術(shù)中心、韓國工業(yè)技術(shù)研究所,大邱,大韓民國,704 - 2302 大邱韓國慶北區(qū)域劃分、韓國工業(yè)技術(shù)研究所,大邱,大韓民國,704 - 230#通訊作者/電子郵件: thchoi@kitech.re.kr,電話:+ 82-53-580-0131 ,傳真:+ 82-53-580-0130關(guān)鍵詞:綠色制造、可持續(xù)生產(chǎn)、多級鍛造,彈簧定位銷,有限元分析在這個研究中,一個多級冷鍛過程為一個彈簧定位銷的沖壓模組設(shè)計通過替代可持續(xù)生產(chǎn)過程。高能源和材料消耗過程需要轉(zhuǎn)換成能量保存過程。到目前為止,一個彈簧定位銷對沖壓模組通常的制造加工過程為了實現(xiàn)較高的尺寸精度。然而,加工過程有一些缺點如過度的物質(zhì)損失,低生產(chǎn)力和可憐的機械性能。為了克服這些問題,一個多級冷鍛過程用于制造彈簧定位銷來實現(xiàn)更少的物質(zhì)損失和更高的生產(chǎn)力。多級鍛造過程需要仔細(xì)設(shè)計措施防止缺陷的最終產(chǎn)品。因此,設(shè)計必須考慮材料流在整個過程和裝載的壓力限制，為了避免產(chǎn)品缺陷如折疊和填充不足。開發(fā)多級鍛造工藝對彈簧導(dǎo)銷成形載荷和材料流動在每一步都分析了使用的商業(yè)有限元變形代碼。該導(dǎo)銷由發(fā)展的多級鍛造工藝制造,并與仿真結(jié)果對比。利用率也是發(fā)達(dá)鍛造工藝和加工過程進行對比。發(fā)達(dá)過程是一種綠色制造工藝減少材料損耗,這可以達(dá)到降低成本通過提高材料的利用率和生產(chǎn)率，相比之下更能廣泛使用的加工過程。手稿收到:2011 年 12 月 30 日/接受:2012 年 1 月 25 日1.介紹一個彈簧定位銷對新聞模組通常是制造通過加工過程如切割和車削為了實現(xiàn)空間的精度和足夠的強度?！?】然而加工過程是高能源消耗,因為它使用起1來需要很多材料和時間。還需要額外的步驟如熱處理以達(dá)到必要的強度。圖1(b)顯示了彈簧定位銷通過加工過程產(chǎn)生的,和有關(guān)于 60%的物質(zhì)損失和加工過程(圖 1(a))。制造技術(shù)的典范是轉(zhuǎn)向可持續(xù)的生產(chǎn)(圖 2)在這個時代的能源危機?？沙掷m(xù)生產(chǎn)是實現(xiàn)通過最小化環(huán)境下影響整個生產(chǎn)周期的產(chǎn)品。這樣生產(chǎn)設(shè)計可以通過最少的生產(chǎn)使用最少的材料和能源之上而產(chǎn)生最小數(shù)量的浪費。有多項研究會有關(guān)由于制造方法的環(huán)境影響?！?-4】 圖 1 彈簧導(dǎo)銷由加工過程:(一)之前和(b)在加工過程圖 2 范式轉(zhuǎn)變的制造技術(shù)2012 年 7 月國際期刊的精密工程和制造第 13 卷,7 號,1240因此,這類能源消耗過程需要轉(zhuǎn)換成一個節(jié)能過程。為了這個目的鍛造過程是應(yīng)用于制造彈簧定位銷的實現(xiàn)更少的物質(zhì)損失和更高的生產(chǎn)力。然而一個廣泛蔓延的過程由兩個壁壘有限:幾何精度和強度不夠造成的填充不足和折疊等缺陷。 這些障礙是可以克服的如果物質(zhì)流是完全符合給定的幾何形狀。2在這項研究中,多級鍛造工藝對彈簧定位銷的一個按模組設(shè)計考慮到材料流動使用有限元分析。設(shè)計多級鍛造工藝對彈簧導(dǎo)桿銷成形載荷和材料流動在每一步分析利用商業(yè)有限元代碼變形。然后,結(jié)果會由設(shè)計的冷鍛過程和原工藝效率的評估開發(fā)的過程做對比。2.設(shè)計的冷鍛過程2.1 發(fā)展階段的鍛造在冷鐓的軸對稱物體,最大應(yīng)變是依賴于數(shù)量的形成階段。為了避免等缺陷在鐓粗過程與大翹曲變形,許多成形階段需要確定基于幾何的塑性變形。初始直徑(D0)和長度(LT) 為彈簧定位銷的鋼坯是 24.5 毫米和分別為 219 毫米。而破壞比 s = 10 / D0 是 2.95 塑性變形長度 63.5 毫米(圖 3)。這種情況下需要一個雙沖程過程?！?】但增加為一個三階段的過程初始階段的頭直徑減少的多級成形性能冷鍛過程 (圖 4)。圖 3 初始和目標(biāo)維度對彈簧定位銷3圖 4 三階段鍛造工藝對彈簧定位銷2.2 為有限元分析的條件彈簧定位銷的材料是 AISI1020,有效應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系為有限元分析是與 Capan and Bran 的結(jié)果相符的.【6】流動應(yīng)力可以表達(dá)成冪律公式，見公式(1):有限元模擬的多是采用鍛造工藝一個隱式有限元代碼變形。這個過程是模擬在 2 d,因為它是一個軸對稱變形模式。這個工件被認(rèn)為是完美的塑料材料,穿孔和鋼模是假定為剛性。一個剪切摩擦系數(shù) m = 0.12 工件之間和穿孔是用于仿真。沖頭速度是 100 mm / s 和工件的網(wǎng)格數(shù)量為 3000。 表 1 總結(jié)了仿真條件為有限元分析。圖 5 顯示了沖頭的三個階段每個階段過程的形狀。多級鍛造工藝的半徑 R是顯示在圖 5(d)。預(yù)成型的形狀的中間階段是決定的半徑 R2 第二拳,半徑 R2決心從仿真結(jié)果考慮到裝載限制和缺陷在第三階段。2.3 有限元模擬的結(jié)果圖 6 是有限元模擬結(jié)果的第一和第二階段鍛造過程使用穿孔設(shè)計在圖 5。鋼坯的頭直徑減少到 22.47 毫米 24.5 毫米后第一階段,是證實沒有缺陷如裝桶和爆炸發(fā)生。鋼坯的頭直徑減少到 20.16 毫米在第二階段。預(yù)測的負(fù)載的鐵分析待低于 250 噸裝載限制的媒體圖 6 所示(d)。然而這個預(yù)成型與 R2 = 5 導(dǎo)致折疊缺陷在第三鍛造階段如圖 8。這是由于物料流的在徑向方向比在軸向方向更慢。表 1 模擬條件的有限元分析仿真模式 等溫幾何 軸對稱沖壓速度 100 mm/s4網(wǎng)格的數(shù)量 3000摩擦值 0.12圖 5 每個穿孔的多級鍛造工藝形狀國際期刊的精密工程和制造第 13 卷,7 號，2012 年 7 月，12415圖 6 多級鍛造工藝的有限元結(jié)果6圖 7 有限元分析結(jié)果:第二穿孔 R2= 5圖 8 為第三階段鍛造的粗加工7為了避免折疊缺陷的預(yù)成型幾何的最后階段需要修改,這是通過重新設(shè)計的在第二階段沖壓試驗。優(yōu)化設(shè)計的預(yù)制塊,預(yù)成型形狀與半徑從 5 r - 15 r，而設(shè)計和觀察變形行為結(jié)果如圖 8 所示?？梢钥闯稣郫B缺陷發(fā)生在半徑為 R 的第二次沖壓低于 12 r。 而當(dāng)半徑大于 14 r 的撞擊載荷極限時圖 9 總結(jié)了這個結(jié)果,多級冷鍛的第二次沖壓的適當(dāng)半徑確定為 13r 到 12r。3.多級冷鍛結(jié)果3.1 工藝條件實驗評估沖床和模具形狀的多級鍛造實驗的有效性，結(jié)果如圖 10 所示。第二次沖壓的半徑設(shè)置為 12 r 和材料的形狀在每個階段顯示在圖 11。沒有缺陷如滾磨和爆炸發(fā)生在多級鍛造過程,沒有裂縫和有裂縫發(fā)現(xiàn)在最終的產(chǎn)品上。但有少量的反射形成和有限元分析顯示了類似的結(jié)果(圖 12)。這樣的反射可能影響一生的彈簧定位銷,需要做更多的工作最小化反射。這可以通過修改模具的幾何形狀來實現(xiàn)。圖 9 負(fù)載在第三次沖壓的函數(shù) R2圖 10 穿孔的多級鍛造工藝對彈簧定位銷8圖 11 每個階段的彈簧定位銷國際期刊的精密工程和制造第 13 卷,7 號，2012 年 7 月，12423.2 比較開發(fā)過程和原始過程表 2 顯示了發(fā)達(dá)過程比原工藝的改進情況。當(dāng)發(fā)達(dá)多級冷鍛過程應(yīng)用于彈簧定位銷比一個沖壓模組初始坯直徑降低了 50%,材料使用增加到 100%。同樣的處理能力是每分鐘二百倍的原始過程。這些改進使單位成本下降了 50%。換句話說,開發(fā)過程是一個節(jié)能過程，因為物質(zhì)損失最小化,使生產(chǎn)原始材料使用減少能源、。圖 14 顯示了能量消耗金額之間加工和冷鍛生產(chǎn)單個彈簧定位銷。計算是通過使用工具與 SolidWorks 可持續(xù)性計算方法符合 ISO 1444。當(dāng)冷鍛工藝應(yīng)用,能源的消耗量可以減少了大約 10%。這意味著,發(fā)達(dá)的過程比加工工藝過程生產(chǎn)彈簧導(dǎo)銷更加綠色化。圖 12 最終在的產(chǎn)品上的反射9圖 13 彈簧導(dǎo)銷(a)和(b)鍛造加工結(jié)果表 2 比較的發(fā)展進程和原始過程項目 原始過程 發(fā)展過程直徑 φ50 φ25材料鋼種 A283-C AISI1020制造過程 機械加工 多級冷鍛造物料消耗（%） 40 100生產(chǎn)率(EA/min) 1 200單價 1 1/2圖 14 原始過程和冷鍛加工生產(chǎn)一個彈簧定位銷之間能源消耗104.總結(jié)在這項研究中,多級冷鍛工藝彈簧導(dǎo)針沖壓模組開發(fā)考慮到在制造周期的節(jié)能。這個過程是設(shè)計使用鐵分析和預(yù)成型形狀優(yōu)化的考慮到材料流和裝載限制的沖壓。合適的半徑第二沖頭是 12r 到 13r,發(fā)達(dá)過程通過了實驗驗證過程的有效性。發(fā)達(dá)過程是一種綠色制造工藝不僅減少材料損失還節(jié)約能源。此外，這個過程通過高材料使用和高生產(chǎn)率達(dá)到降低成本相比更廣泛使用于加工過程。致謝這項研究是由“在大邱和尚慶北道省技術(shù)創(chuàng)新的中小型制造企業(yè)” 提供技術(shù)支持。參考文獻(xiàn)1. 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