黃 勝，陳淑婉

(運(yùn)城學(xué)院 機(jī)電工程系，山西運(yùn)城044000)

冷擠壓技術(shù)是一種高效、優(yōu)質(zhì)低耗的先進(jìn)近凈成形技術(shù)。與熱、溫鍛工藝相比，冷擠壓不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且能夠提高鍛件質(zhì)量，改善作業(yè)環(huán)境。目前，冷擠壓技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械、儀表、宇航、軍工等多個(gè)部門的工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用［1－3］。然而，相機(jī)內(nèi)鏡筒冷擠壓成形規(guī)律復(fù)雜，影響因素眾多，給工藝方案的設(shè)計(jì)帶來了難度［4－6］。本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，通過數(shù)值分析，揭示了相機(jī)內(nèi)鏡筒冷擠壓成形規(guī)律，預(yù)測(cè)其成形缺陷，為工藝及模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

1.有限元模型的建立

相機(jī)內(nèi)鏡筒冷擠壓件如圖1所示，可以看出該零件形狀對(duì)稱但內(nèi)外徑變化長(zhǎng)，且?guī)в蟹ㄌm邊，零件精度要求較高，本文采用復(fù)合擠壓一次成形工藝，并根據(jù)擠壓件的形狀采用圓環(huán)形坯料，利用大孔徑處上下模的內(nèi)外徑實(shí)現(xiàn)定位，有限元模型如圖2所示。

坯料材料為L(zhǎng)Y12，模擬中不考慮模具彈性變形對(duì)成形結(jié)果的影響，設(shè)模具為剛性體。相機(jī)內(nèi)鏡筒冷擠壓為潤(rùn)滑條件下的冷態(tài)塑性變形過程，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，近似認(rèn)為模具與鍛件在成形過程中溫度不變。同時(shí)，為了便于處理金屬流動(dòng)過程中的分流點(diǎn)問題，采用反正切摩擦模型:

圖1 相機(jī)內(nèi)鏡筒零件圖

圖2 1/2有限元模型圖

摩擦因子m取0.12，上模下壓速度取8mm/s。

2.模擬結(jié)果分析

相機(jī)內(nèi)鏡筒是一個(gè)變截面的軸對(duì)稱零件，本文在觀察其速度場(chǎng)時(shí)采取二分之一剖面觀察。圖3為成形過程中速度場(chǎng)的分布情況，可以看出，當(dāng)凸模開始下壓時(shí)，與凸模接觸部分的坯料金屬率先發(fā)生變形，此處流動(dòng)速度最大，凸模給金屬一個(gè)與接觸面垂直的力，帶動(dòng)了鄰近金屬向外并向下流動(dòng)。隨著坯料和模具接觸面積增加，逐漸出現(xiàn)了復(fù)合擠壓的特征。此時(shí)金屬與凸模接觸的圓角部產(chǎn)生了一個(gè)分流點(diǎn)，分流點(diǎn)上方的金屬向上流出凹模，而下方的金屬向下流動(dòng)，分別充填上下型腔。凸模下壓時(shí)，帶動(dòng)了下方金屬以較大的速度向下運(yùn)動(dòng)，而外側(cè)靠近凹模壁部分的金屬流動(dòng)速度則相對(duì)較慢。隨后凸模凸臺(tái)接觸坯料頂部，坯料頂部金屬改變流動(dòng)方向，開始法蘭部位的充填。

圖3 速度場(chǎng)

相機(jī)內(nèi)鏡筒在成形過程中的等效應(yīng)變場(chǎng)分布如圖4所示，可以看出，坯料和凸凹模具圓角接觸部位的金屬率先發(fā)生變形，隨著上模的下壓，變形區(qū)逐漸擴(kuò)大并且交匯。成形結(jié)束后，坯料和凸凹模具圓角接觸部位的金屬變形最為劇烈，結(jié)合速度場(chǎng)可知，由于凸模圓角部位附近的金屬同時(shí)向兩個(gè)相反方向流動(dòng)，最容易形成附加拉應(yīng)力，產(chǎn)生裂紋缺陷。

相機(jī)內(nèi)鏡筒冷擠壓過程的成形載荷如圖5所示，在變形的前期和中期，由于型腔上下腔尚未充滿，金屬的變形類似于正反復(fù)合擠壓，流動(dòng)阻力較小因而變形載荷上升較為緩慢，而在變形后期型腔上腔已完全充滿，金屬的變形轉(zhuǎn)為正擠壓，流動(dòng)阻力急劇增加，導(dǎo)致變形載荷急劇上升。成形結(jié)束后，最大成形載荷為3990KN。

結(jié)論

1)當(dāng)采用圓環(huán)形狀坯料時(shí)，相機(jī)內(nèi)鏡筒冷擠壓過程中，坯料中將形成一個(gè)分流點(diǎn)，金屬同時(shí)向型腔上、下腔流動(dòng)，其變形類似于正反復(fù)合擠壓，待上腔首先充滿后，變形轉(zhuǎn)為正擠壓，直到變形結(jié)束。成形過程前期和中期載荷上升較慢，成形后期則急劇上升。

2)凸模圓角部位附近的金屬由于附加拉應(yīng)力的作用，容易產(chǎn)生裂紋缺陷。

圖5 成形載荷曲線

3)通過有限元模擬得出了相機(jī)內(nèi)鏡筒冷擠壓過程的場(chǎng)量信息和成形規(guī)律，對(duì)相機(jī)內(nèi)鏡筒冷擠壓工藝的研究具有重要的理論和實(shí)際價(jià)值。

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