楊 筍 魏德才

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混凝土攪拌車葉片沖壓成形工藝研究

楊 筍 魏德才

（河南省經濟管理學校 河南南陽 473000）

通過對混凝土攪拌車的11號葉片的定位方案進行有限元數值模擬，分析了不同工藝方案的葉片空間變形過程及應力應變的分布云圖；通過選擇合理的定位方案，優(yōu)化沖壓工藝設計，較好的控制了葉片在沖壓成形過程中的滑動現象。

有限元模擬 定位工藝 沖壓成形

混凝土攪拌車葉片厚度一般為4 mm，因此現有生產方式一般為自由彎曲成形，并且無壓邊裝置。由于在葉片的沖壓成形過程中存在很大的空間扭曲與彎曲變形，導致葉片在沖壓過程中發(fā)生偏移和轉動，滑出模具型腔，從而影響葉片的成形精度，甚至產生廢品。針對以上問題，本文通過對葉片沖壓成形工藝的有限元數值模擬，設計出較為合理的葉片成形的定位方案，有效限制了葉片在沖壓過程中的自由流動，保持在模具中的正確位置，從而控制葉片的形狀，最終得到精確的尺寸形狀。

1 葉片沖壓成形有限元數值模擬

1.1 葉片成形過程分析

圖1是混凝土輸送車第11號攪拌葉片模具圖。由于該模具沒有任何定位裝置，并且有11號葉片的形狀可以得出，在成形過程中，葉片無法保持與模具完全合模。由此帶來的影響就是葉片的成形精度得不到保證。

圖1 11號攪拌葉片模具圖

由于在葉片的沖壓成形過程中存在很大的空間扭曲與彎曲變形，如何通過合理的定位方式控制金屬在沖壓過程中的自由流動，最終控制葉片的成形精度是葉片加工中的難點問題。

1.2 數值模擬及結果

1）有限元建模

如圖2所示為本研究所建立的葉片有限元仿真模型。從上到下分別為凸模、板料和凹模，沖壓方向垂直向下。

圖2 葉片有限元仿真模型

2）材料

寶鋼產B520JJ鋼，其具有良好的綜合力學性能、焊接性能、低溫沖擊韌性和冷沖壓性能，十分符合葉片使用及加工工藝要求，故采用寶鋼產B520JJ鋼作材料。

3）邊界條件

模擬沖壓速度的確定，按回彈模擬推薦值選取5 m/s，接觸摩擦因數按經驗選取0.15。

4）沖壓模擬結果

沖壓成形結果，如圖3所示。

由圖3可以明顯看出，葉片在成形過程中有嚴重的滑移現象。

葉片邊緣與模具邊緣最大偏差為30.8 mm（葉片超出模具部分），因此嚴重影響了葉片的成形精度。

圖3 未采用定位工藝下的葉片成形結果

葉片成形后的厚度分布圖，如圖4所示。

圖4 未采用定位工藝下的葉片成形厚度圖

2 葉片定位工藝的優(yōu)化設計

葉片的沖壓工藝設計主要是在一定的壓力及沖壓速度下確定出葉片沖壓過程中的定位方式，控制葉片在成形過程中的金屬流動，從而保證葉片的成形精度。

2.1 定位方案設計

根據上文葉片的沖壓成形模擬結果，這里有4種定位方式，如圖5所示。

a）

b）

c）

d）

圖5 4種方案的有限元模擬的邊界定位示意圖

2.2 各種定位方案下數值模擬結果

（1）沖壓成形模擬結果

2.4.1 樣本篩選。樣本篩選要剔除掉離平均值較大的樣本點，研究采用標準差分析方法進行篩選，將各個遙感、GIS因子中為樣本的標準偏差，為樣本的平均值，Xi為樣本的數值)的樣本數據給予剔除。最后，選取了90個滿足條件的樣本點數據參與建模，30個滿足條件的樣本點作為驗證樣方。

各種定位方式下葉片沖壓成形模擬結果，如圖6所示。

a）

b）

c）

d）

圖6 4種方案的沖壓結果

通過有限元模擬結果可以看出，4種方案都能較好的完成葉片的定位，d方案相對其他方案定位效果最好，與模具邊角吻合度高，葉片邊緣和模具邊緣最大偏差（超出模具部分）為3.53 mm。

（2）葉片沖壓成形厚度

各種定位方式下葉片沖壓成形厚度如圖7所示。

a）方案下的葉片厚度圖

b）方案下的葉片厚度圖

c）方案下的葉片厚度圖

d）方案下的葉片厚度圖

圖7 各種定位方式下葉片沖壓成形厚度

4種方案下的葉片成形后的厚度圖與未加定位時的模擬結果幾乎一致，可以得出，該種近似模擬是符合實際的。

3 實沖試驗

為確定模擬結果的準確性，運用第四種3點定位方案對本塊葉片進行了沖壓實驗。葉片在成形過程中合模較好，形狀符合要求，應力分布均勻。如圖8所示為壓制出來的實際葉片照片。故此可得出結論：葉片沖壓成形工藝的有限元數值模擬優(yōu)化設計是有效可靠的，可對實際生產進行準確的預測及指導。通過有限元數值模擬方法可對沖壓工藝的制定及沖壓模具的設計進行準確的指導，從而提高生產效率，降低生產成本。

圖8 11號葉片實沖成形結果照片

4 結語

通過對葉片沖壓成形的有限元仿真，得出葉片在模具型腔中過程的滑動方向，設計多種簡單可行的定位工藝方案。通過對各種定位方案進行有限元數值模擬，分析了不同工藝方案的葉片空間變形過程及應力應變的分布云圖，選擇合理的定位方案，優(yōu)化沖壓工藝，最終生產出合格的葉片產品。

參考文獻

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(1) 在單一凍融、硫酸鹽侵蝕及二者耦合作用下，混凝土的質量損失率均先減小后增大，且在單一硫酸鹽侵蝕作用下質量損失率的減小幅度最大，經60次硫酸鹽侵蝕作用后質量損失率達到最小。

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