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梅花孔不锈钢箔材侧壁皱褶滤网的精微成形
作者:管理员    发布于:2017-07-03 09:03:53    文字:【】【】【

  液压系统发生故障的原因有70%以上是由于油液污染引起,而液压系统油液污染事故中的60% 70%是固体颗粒引起的,因此液压系统中的滤网非常重要。传统滤网由金属丝编织而成,但穿孔金属板强度和刚度更高,可以应对更复杂的过滤环境3.用常规方法或特种加工技术,可以在金属板上加工多种尺寸的群孔,必要时还要对穿孔金属板进行进一步深加工,以满足过滤、安装等需要。

  张群硕士研究生,研究方向为不锈钢滤网零件微成形技术本文提出一种新型成形方法,对带有梅花孔的不锈钢箔材坯料通过起皱拉深的方法成形出种侧壁带皱褶的球头滤网。起皱拉深是让坯料在拉深过程中侧壁均匀起皱以减少因材料流动引起的网孔变形,侧壁成形出的皱褶对滤网的焊接安装提供了方便。

  传统拉深通常伴随剧烈的材料流动,均以预防起皱为主,常见的滤网也是先对金属板拉深成形再冲裁网孔。本文提出的方法非常新颖,目前对金属丝网的拉深成形工艺的报道很少,对带有阵列群孔金属板的拉深成形工艺则鲜见报道。

  1成形方法本文提出的滤网成形方法是对带梅花孔的坯料进行起皱拉深成形,拉深凹模如所示,拉深凹模工作部分为倒锥形通孔,孔壁上均匀分布12个凸起用以引导成形滤网侧壁上均匀的褶皱,这些凸起从上端到下端是从无到有、逐渐变大的。梅花孔带状坯料落料出的圆形坯料如所示,随后圆形坯料进入拉深凹模,拉深凸模下行,圆形坯料经过拉深凹模成形。

  梅花孔坯料拉深凸模头部为球头形状,拉深出的滤网头部也是球头状,且滤网的球头部分伴随一定的涨形,坯料上的网孔直径会有相应的增大,在模具设计阶段需要考虑网孔的涨形量,成形出滤网的球头部分在过滤中起主要的作用。

  2有限元模型的建立与模拟结果由于使用的不锈钢箔材厚度小于0.2mm,因此本滤网的成形属于微塑性成形。与传统塑性成形工艺相比,微塑性成形时微型零件的几何尺寸可以按比例缩小,而某些材料参数却保持不变,如微观晶粒度和表面粗糙度,从而改变了材料的塑性变形性能,使传统的成形工艺方法不能通过等比例缩小应用到微塑性成形领域。微塑性成形领域中的尺寸效应是目前的研究热点之一,研究内容包括流动应力、摩擦等的尺寸效应对成形的影响,但其最新的理论成果不适用于本文中如此复杂的零件,为了先行验证本文提出成形方法的可行性,不考虑尺寸效应对成形的影响。

  为方便建模,根据相似理论将坯料以及模具等比例放大10倍,有限元模型如所示,凸模、凹模和阵列孔坯料的三维模型在CATIA中建立,将阵列孔坯料在HyperMesh中划分网格后导入DY-NAFORM进行数值模拟,材料选用SUS304不锈钢。模拟结果如所示,褶皱均匀,球头部位孔的涨形基本能控制在30%以内。

  带孔坯料一有限元模型3成形讨论1凹模直径对成形的影响凹模直径主要包括外径D和内径d(如中局部放大图所示)是凹模的关键尺寸。其中外径D决定最终成形零件的直径,因此旦零件尺寸确定,外径D即为确定值。凹模内径d为可变量,在凸、凹模间隙保持不变的情况下,凹模内径d决定成形后滤网的波长,即滤网上端开口边缘皱褶的长度,同时凹模内径d也决定拉深凸模的直径,从而影响滤网球头的尺寸。因此主要讨论内径d对成形的影响。

  滤网零件通过成形侧壁的皱褶抑制材料的流动,减小网孔的变形。理想情况下,如果坯料只弯曲成形褶皱而不发生材料流动,则坯料的周长与滤网的波长一致,滤网侧壁的网孔不会被拉长。但拉深过程中,材料流动引起的侧壁网孔变形不可避免,为补偿因材料流动引起的侧壁网孔变形,滤网的波长要大于坯料的周长。

  由滤网的波长和坯料的周长定义坯料边缘处的周向对数应变:缘皱褶的长度/mm S圆形坯料的周长/mm成形后的滤网零件,其上端边缘褶皱曲线近似为正弦曲线,因此波长的计算可正弦曲线的计算方法:当s>0时,滤网的波长大于坯料周长,坯料边缘周向产生拉伸应变。周向拉伸应变越大,滤网侧壁边缘网孔变形越小。所示为两种不同的凹模内径成形出的滤网侧壁边缘网孔示意图,其中a的滤网凹模内径25mm,b的滤网凹模内径27mm,即a的滤网坯料边缘处的周向对数应变更大,其侧壁网孔变形更小,成形效果比b的滤网更好。

  滤网边缘的圆孔变形取不同的凹模内径d,其中凹模外径d、坯料直径、凹模半锥角以及摩擦等参数保持不变,在DY-NAFORM中数值模拟,提取每次模拟的拉深力最大值和减薄率最大值,得出最大拉深力、最大减薄率随凹模内径的变化曲线,如所示。由可知,随着凹模内径f的增大,最大减薄率在凹模内径d =26mm处出现最低点,而最大拉深力逐渐升高。考虑网孔的涨形、畸变应尽量小,应以最大减薄率为主要指标,因此,在滤网球头直径符合要求的前提下,应该选择凹模内径f=26mm附近。此时波长比周长长10.2%,周向对数应变为0.最大拉深力、最大减薄率与凹模内径d的关系Fig.6Drawingforceandthinningdependence 3.2凹模半锥角对成形的影响凹模类似于锥模,锥模角度对锥模拉深成形有很大影响,考虑到不易起皱的要求,锥形凹模的角度应取30°60°而从减小拉深力考虑,凹模角度应取20°30°为兼顾两方面的要求,在生产中通常采用30.的锥角。

  凹模的半锥角为中所示的角度0.取不同的凹模半锥角,从7°增加到39°其中凹模外径D、凹模内径d、坯料直径以及摩擦等参数保持不变,在DYNAFORM中数值模拟,提取每次模拟的拉深力最大值和减薄率最大值,得出最大拉深力和最大减薄率随凹模半锥角的变化曲线,如所示。由最大拉深力和最大减薄率随凹模半锥角的变化Fig.7Drawingforceandthinningdependence图可知,随着凹模半锥角的增大,最大拉深力先降低后升高,在33°处最小,与中的论述基本一致。图中最大拉深力在7°处的最高点(50.6kN)比在33.处的最低点(47. 5kN)仅高6.5%,说明凹模半锥角对最大拉深力影响不明显。而随着凹模半锥角的增大,最大减薄率一直上升,且增速越来越快,在39°处达到50%.因此应主要考虑对最大减薄率的影响,凹模半锥角取10°20°为宜,此时的最大减薄率较低。

  4产品试制试验用模具如所示,安装在自主开发的压力机上进行试验。初步的试验产品如所示,从图中可以看出产品褶皱均匀,且稳定性较好,说明此成形方法可行。

  模具试制的滤网产品5结论本文中成形滤网的方法是可行的,通过次起皱拉深成形,效率高。

  凹模外径D定时,凹模内径d对成形影响较大,d=26mm时最大减薄率最低,网孔畸变最小。

  凹模半锥角对减薄率影响较大,为保证减薄率较小,凹模半锥角以10°20°为宜。

脚注信息

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