0 引 言

鏟旋是一種新型的特種旋壓工藝，與普通或強(qiáng)力旋壓不同，鏟旋坯料一般為較厚的圓形板材，由下模和芯模的轉(zhuǎn)動帶動坯料高速旋轉(zhuǎn)，同時旋輪切入板材并沿徑向進(jìn)給，將一定厚度的板材表面材料向內(nèi)推進(jìn)，在圓板中間形成一定高度的筒形結(jié)構(gòu)

。由于鏟旋可完成材料大范圍、大體積、遠(yuǎn)距離的流動轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)含底厚壁筒形制件的整體近凈成形，材料利用率與成形精度高、制件力學(xué)性能好，近年來得到了越來越多的關(guān)注。王成和等

介紹了鏟旋工藝的典型應(yīng)用及其參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)；侯磊

、梁衛(wèi)抗等

研究了旋輪轉(zhuǎn)速、旋輪進(jìn)給速度、旋輪圓角半徑和旋輪直徑對成形載荷的影響；王伶俐等

研究了旋輪半徑和進(jìn)給速度對皮帶輪底部不平整現(xiàn)象的影響；沈國章等

研究了帶輪直筒壁上端缺料的形成原因，認(rèn)為改善摩擦條件、旋輪進(jìn)給速度可有效預(yù)防缺陷的產(chǎn)生；李萍等

提出了雙鏟旋輪模型及其半封閉式結(jié)構(gòu)，通過數(shù)值模擬和試驗驗證了其可行性。

由于鏟旋成形過程中材料變形劇烈，實際成形中容易出現(xiàn)多種缺陷。水泵是汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要部件，它通過皮帶帶動泵輪，實現(xiàn)冷卻液的往復(fù)循環(huán)，使發(fā)動機(jī)保持正常溫度

。泵輪殼體是帶法蘭盤的雙筒形制件，傳統(tǒng)加工方法是先拉深或旋壓成筒形件，再焊接法蘭盤并進(jìn)行車削加工，工序多，材料利用率低。圖1所示為利用鏟旋工藝成形某型號泵輪殼體，其外徑為

120 mm，高度為40 mm，首先通過落料拉深得到預(yù)成形件，然后利用鏟旋成形內(nèi)筒，再進(jìn)行沖壓、旋壓和車削，相比傳統(tǒng)成形方法，鏟旋工藝可以縮短成形流程并提高材料利用率。但該泵輪殼體在使用過程中，圓角根部出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象，如圖2所示。為了探究此泵輪殼體開裂的原因，建立了泵輪殼體鏟旋過程的數(shù)值模型，對鏟旋過程變形和受力進(jìn)行了分析，研究了旋輪進(jìn)給速度、下模轉(zhuǎn)速和旋輪切入高度對成形質(zhì)量和圓角處損傷量的影響，在此基礎(chǔ)上得到了鏟旋的工藝優(yōu)化參數(shù)。

目前淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)還有個別5A級景區(qū)沒有直接的百度指數(shù)數(shù)據(jù),這可能與當(dāng)?shù)卣男麄鞑粔蛞约皩β糜钨Y源的重視程度不足有關(guān)[16]．與此同時,人們更偏愛淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)自然景觀,對人文景觀的關(guān)注度較低,在日后的工作中,政府應(yīng)加大對人文景觀的建設(shè)和宣傳,重視景區(qū)文化底蘊(yùn)的挖掘,使游客有更豐富的體驗感．

準(zhǔn)確稱取0.10 g長柄扁桃粕或經(jīng)粉碎機(jī)粉碎的長柄扁桃餅（含油量＜8%），置于50 mL已稱重的具塞離心管中，準(zhǔn)確加入20 mL甲醇，稱重，超聲（功率100%）提取30 min，冷卻至室溫，稱重，甲醇補(bǔ)足損失的重量，搖勻，過濾，棄去前1 mL過濾液，收集續(xù)濾液，續(xù)濾液用20%甲醇稀釋5倍，搖勻，0.22 μm微孔濾膜過濾，進(jìn)樣。

1 泵輪殼體鏟旋分析模型

鏟旋是泵輪殼體生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，其工裝模具如圖3所示。鏟旋工序前增加了拉深工序，可將部分材料先聚集到中心，縮短材料的流動距離，在一定程度上減少了塑性損傷。

泵輪殼體鏟旋過程中，坯料主要變形區(qū)是與旋輪接觸的位置，變形過程具有局部加載、連續(xù)變形的特點(diǎn)。圖6所示為泵輪殼體鏟旋過程中的受力示意圖，成形初期，旋輪圓角尖端接觸坯料，旋輪的徑向進(jìn)給給坯料施加了一個指向圓心的壓力

，中間孔由于受到傳遞的徑向壓力，也會對坯料產(chǎn)生一個反作用的徑向壓力

，如圖6（a）所示，進(jìn)給壓力可以分解為徑向壓力

和軸向壓力

，其中

將材料向圓心方向擠壓，此時

較小，因此中間孔尺寸會小幅度的減小，

將材料向下方擠壓，使拉深的制件壁在一定程度上壓平。

成形后期，旋輪與坯料接觸面積增大，旋輪主要給坯料一個徑向的力

。由于中間孔尺寸不能再減小，

較大，拉深的制件壁材料受到徑向2個方向的擠壓，又因為材料向上方流動的阻力小于下方，材料產(chǎn)生了軸向拔高的效應(yīng)，如圖6（b）所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 泵輪殼體鏟旋過程的受力與變形特點(diǎn)

按照實際的坯料形狀、尺寸以及鏟旋輪結(jié)構(gòu)和尺寸在DeForm-3D中建立分析模型，如圖4所示，其中坯料材料為SPHE，厚度4.5 mm，屈服強(qiáng)度230 MPa，抗拉強(qiáng)度343 MPa（模擬時可用AISI－1015替代

）。鏟旋成形過程中，坯料與下模的摩擦為有利摩擦，摩擦系數(shù)

設(shè)置為0.3；坯料與旋輪之間的摩擦為有害摩擦，實際成形中通過噴射冷卻液減小摩擦并帶走熱量，因此摩擦系數(shù)設(shè)為0.03。坯料拉深深度為22.5 mm，下模轉(zhuǎn)速為600 r/min，旋輪安裝角為60°，以4.2 mm/s的速度向圓心進(jìn)給并繞自身軸線轉(zhuǎn)動，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速可根據(jù)下模轉(zhuǎn)速和進(jìn)給距離計算得到，旋輪切入高度為6.24 mm，如圖5所示。成形完成時，內(nèi)筒外徑為

24.5 mm。成形過程的損傷計算采用Cockroft Latham準(zhǔn)則，即主要考慮拉伸主應(yīng)力。

稱取250 mg的十二烷基磺酸鈉（SDS），溶于50ml的無菌去離子水中，配置0.5%的SDS溶液，于高壓滅菌鍋中進(jìn)行滅菌處理。將獲取的實驗組大鼠股神經(jīng)用無菌刀片在神經(jīng)分叉處切斷，分別獲取股神經(jīng)的皮支、肌支和主干。置于50 ml的0.5%的無菌SDS溶液中，分別于定軌搖床中常溫下震蕩處理。取出股神經(jīng)分支置于50 ml無菌離心管中，加入40 ml 0.01 mol/L的PBS，分別洗滌10次，每次2 h。取出股神經(jīng)分支置于0.01 mol/L的PBS中4℃條件下備用。

基于13個形態(tài)數(shù)據(jù)的聚類分析，將106份樣本分成了8個組(圖2，表4)。方差分析表明，除中肋長度外的12個性狀均存在組間極顯著差異(P < 0.001)，同時與地理來源有較強(qiáng)對應(yīng)性。

圖8所示為鏟旋過程的應(yīng)變分布。鏟旋開始時，旋輪接觸坯料，拉深件底部有一定程度的抬高，如圖8（a）所示，這是由于旋輪進(jìn)給量小，徑向壓力大于中間孔的反作用力；當(dāng)徑向壓力達(dá)到一定值時，材料開始依靠旋輪直臂向上流動，如圖8（b）所示；隨著成形量的增加，坯料拔高的趨勢也在增加，由于拔高部分的材料發(fā)生了軸向位移，則此部分的應(yīng)變較大，如圖8（c）所示；成形結(jié)束時，材料的最大應(yīng)變主要分布在內(nèi)筒頂端和與旋輪接觸的部位，如圖8（d）所示。應(yīng)變越大則加工硬化效應(yīng)越強(qiáng)，由于鏟旋工序后為沖壓工序，圓角處應(yīng)變越大，則此處塑性越差，越容易產(chǎn)生裂紋。

在其他工藝參數(shù)不變的情況下，模擬旋輪進(jìn)給速度為3.8、4.2、4.6、5 mm/s的鏟旋成形過程。

圖7所示為鏟旋過程中的應(yīng)力分布。在成形初期，等效應(yīng)力的分布以旋輪與坯料的接觸區(qū)域為中心，向兩側(cè)呈現(xiàn)遞減的趨勢，如圖7（a）所示，隨著成形量的增加，等效應(yīng)力向旋輪與坯料的接觸位置集中，最大應(yīng)力位于鏟旋件圓角處，如圖7（b）所示，隨著中心筒壁的拔高，等效應(yīng)力向筒壁集中，如圖7（c）所示，當(dāng)成形結(jié)束時，材料的最大應(yīng)力主要集中在筒壁頂端和圓角處，如圖7（d）所示。

鏟旋是此制件生產(chǎn)中的前段工藝，成形結(jié)果對后續(xù)的沖壓過程有重要影響，因此研究的鏟旋工藝參數(shù)主要包括旋輪進(jìn)給速度、下模轉(zhuǎn)速和切入高度對成形結(jié)果的影響。

2.2 旋輪進(jìn)給速度對成形的影響

圖9所示為鏟旋成形過程中的損傷分布。由圖9可以看出，材料在內(nèi)筒頂端和鏟旋圓角處損傷最大。內(nèi)筒頂端的材料達(dá)到斷裂的損傷值時，由于此處材料較薄，并且受到冷卻液的沖刷，材料容易從頂端脫落，而圓角處材料隨著厚度的增加，材料的損傷程度逐漸增加。分析其原因，與旋輪接觸的坯料雖然變形程度較大，但是由于受到旋輪的擠壓力和其他部分材料的壓力，其損傷量較小；而圓角外側(cè)部分處于受拉狀態(tài)，隨著成形量的增大，此部位所受的拉力增大，則損傷量增大。

隨著下模轉(zhuǎn)速的增加，鏟旋件圓角處的應(yīng)變先增大后減小，如圖11（a）所示。工藝所需能量隨著轉(zhuǎn)速的增大而下降后趨于穩(wěn)定，如圖11（b）所示。在旋輪進(jìn)給速度不變的情況下，當(dāng)下模轉(zhuǎn)速較慢時，坯料與旋輪接觸的時間較短，則移動相同的距離就需要更多的能量，同時單位時間內(nèi)材料移動的距離較短，應(yīng)變較??；隨著下模轉(zhuǎn)速的增大，坯料與旋輪的接觸時間越長，則相同位置的材料向中心移動的距離增大，應(yīng)變增大。當(dāng)下模轉(zhuǎn)速增加到一定值后，單位時間內(nèi)同一位置材料與旋輪接觸的時間較長，則相對變形程度降低，即應(yīng)變減小。對比內(nèi)筒平均應(yīng)變（見圖11（c））可以看出，隨著下模轉(zhuǎn)速的增大，內(nèi)筒平均應(yīng)變先增大后減小。

隨著旋輪進(jìn)給速度的增加，鏟旋件內(nèi)筒的平均應(yīng)變先減小后增大，如圖10（c）所示。應(yīng)變越大，說明材料的變形程度越大，加工硬化效應(yīng)越明顯，硬度越大，而此制件在鏟旋工藝后要進(jìn)行沖壓成形，將內(nèi)筒的高度壓縮，增厚內(nèi)筒壁厚，當(dāng)內(nèi)筒硬度較大、塑性較差時，則沖壓后容易產(chǎn)生裂紋，引起開裂。因此，在選擇旋輪進(jìn)給速度時，應(yīng)綜合考慮圓角處應(yīng)變和內(nèi)筒平均應(yīng)變。

2.3 下模轉(zhuǎn)速對成形的影響

在其他工藝參數(shù)不變的情況下，模擬下模轉(zhuǎn)速為300、450、600、750 r/min的鏟旋成形過程。

隨著旋輪進(jìn)給速度的增加，鏟旋件圓角處的應(yīng)變先減小后小幅度的增加，如圖10（a）所示，這是因為當(dāng)旋輪進(jìn)給速度較低時，鏟旋過程所需時間較長，同一位置材料的相對變形程度較大，則應(yīng)變較大；隨著旋輪進(jìn)給速度的增大，單位時間內(nèi)坯料與旋輪接觸時間增長，材料相對變形程度減小，因此應(yīng)變減小；當(dāng)旋輪進(jìn)給速度進(jìn)一步增大，每單位時間內(nèi)推動的材料體積增大，同時由于摩擦產(chǎn)生的熱效應(yīng)增強(qiáng)，材料的變形抗力減小，則相對變形程度增大，應(yīng)變增大。由成形工藝中所消耗的能量（見圖10（b））可知，隨著旋輪進(jìn)給速度的增加，所需能量先減小后增大。

2.4 切入高度對成形的影響

在其他工藝參數(shù)不變的情況下，模擬切入高度（坯料底面為參考面）為4.24、5.24、6.24、7.24 mm的鏟旋成形過程。

由圖12（a）和圖12（c）可以看出，隨著切入高度的增加，材料的變形程度減小，所需能量也從10×10

N·mm 降低到 6×10

N·mm 左右（見圖12（b）），這是由于切入高度越高，旋輪與材料接觸的面積越少，即更少的材料向圓心移動，進(jìn)一步說明利用預(yù)拉深工藝進(jìn)行材料的聚集，有利于減小鏟旋過程的變形程度，降低缺陷產(chǎn)生的可能性。

對試驗結(jié)果進(jìn)行分析。首先，在不均勻概率洪泛算法與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合的仿真試驗中，用0.2的傳輸概率獲得了90%的網(wǎng)絡(luò)廣播覆蓋，但架構(gòu)在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的普通概率洪泛算法仿真試驗則需要超過0.6的傳輸概率才能實現(xiàn)同樣范圍的廣播覆蓋。其次，前一種模型中的跳數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于后者，這就意味著短的傳輸延遲。最后，在異構(gòu)模型中，320個普通節(jié)點(diǎn)其通信半徑是150m，80個特殊節(jié)點(diǎn)的通信半徑為300m。而同構(gòu)模型中的所有節(jié)點(diǎn)都是200m的通信距離。通過無線傳輸計算公式可以得出，在自由空間損耗前者比后者約小13.75%。

2.5 工藝參數(shù)優(yōu)化與驗證

根據(jù)上述旋輪進(jìn)給速度、下模轉(zhuǎn)速和切入高度對成形結(jié)果的影響進(jìn)行分析，確定以下優(yōu)化的工藝參數(shù)：旋輪進(jìn)給速度4.6 mm/s、下模轉(zhuǎn)速300 r/min、切入高度6.24 mm。從圖13可以看出，鏟旋件圓角處應(yīng)變由6.87降為5.2，下降了24.3%；內(nèi)筒平均應(yīng)變由3.12降為2.75，下降了11.9%。由圖14可以看出，坯料圓角處的損傷量得到改善。實踐證明，采用上述優(yōu)化方案可以減輕泵輪殼體圓角處的損傷，避免使用過程中圓角根部斷裂。

3 結(jié)束語

對于泵輪殼體類帶法蘭的雙筒形件，利用鏟旋工藝成形具有流程短、材料利用率高等優(yōu)勢。但由于材料變形量大，內(nèi)筒圓角處應(yīng)變和損傷量較大，容易產(chǎn)生微裂紋，分析發(fā)現(xiàn)，隨著旋輪進(jìn)給速度增大，鏟旋件圓角處應(yīng)變和內(nèi)筒的平均應(yīng)變先減小后增大；隨著下模轉(zhuǎn)速的增大，鏟旋件圓角處應(yīng)變和內(nèi)筒的平均應(yīng)變先增大后減?。浑S著旋輪切入高度的增大，材料變形程度減小。針對泵輪殼體，工藝參數(shù)為旋輪進(jìn)給速度4.6 mm/s、下模轉(zhuǎn)速300 r/min、旋輪切入高度6.24 mm時，鏟旋件圓角處應(yīng)變和損傷量較小，有利于減小裂紋的產(chǎn)生。

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