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(jīng)濟(jì)管理學(xué)校 河南南陽(yáng) 473000）

通過(guò)對(duì)混凝土攪拌車的11號(hào)葉片的定位方案進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，分析了不同工藝方案的葉片空間變形過(guò)程及應(yīng)力應(yīng)變的分布云圖；通過(guò)選擇合理的定位方案，優(yōu)化沖壓工藝設(shè)計(jì)，較好的控制了葉片在沖壓成形過(guò)程中的滑動(dòng)現(xiàn)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(xiàn)有生產(chǎn)方式一般為自由彎曲成形，并且無(wú)壓邊裝置。由于在葉片的沖壓成形過(guò)程中存在很大的空間扭曲與彎曲變形，導(dǎo)致葉片在沖壓過(guò)程中發(fā)生偏移和轉(zhuǎn)動(dòng)，滑出模具型腔，從而影響葉片的成形精度，甚至產(chǎn)生廢品。針對(duì)以上問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)葉片沖壓成形工藝的有限元數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)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(guò)程中的自由流動(dòng)，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(shù)值模擬

1.1 葉片成形過(guò)程分析

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

圖1 11號(hào)攪拌葉片模具圖

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

1.2 數(shù)值模擬及結(jié)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(chǎn)B520JJ鋼，其具有良好的綜合力學(xué)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(chǎn)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(shù)按經(jīng)驗(yàn)選取0.15。

4）沖壓模擬結(jié)果

沖壓成形結(jié)果，如圖3所示。

由圖3可以明顯看出，葉片在成形過(guò)程中有嚴(yán)重的滑移現(xiàn)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(yán)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(jié)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(shè)計(jì)

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

2.1 定位方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上文葉片的沖壓成形模擬結(jié)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(shù)值模擬結(jié)果

（1）沖壓成形模擬結(jié)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(diǎn)，研究采用標(biāo)準(zhǔn)差分析方法進(jìn)行篩選，將各個(gè)遙感、GIS因子中為樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差，為樣本的平均值，Xi為樣本的數(shù)值)的樣本數(shù)據(jù)給予剔除。最后，選取了90個(gè)滿足條件的樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)參與建模，30個(gè)滿足條件的樣本點(diǎn)作為驗(yàn)證樣方。

各種定位方式下葉片沖壓成形模擬結(jié)果，如圖6所示。

a）

b）

c）

d）

圖6 4種方案的沖壓結(jié)果

通過(guò)有限元模擬結(jié)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(duì)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(shí)的模擬結(jié)果幾乎一致，可以得出，該種近似模擬是符合實(shí)際的。

3 實(shí)沖試驗(yàn)

為確定模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，運(yùn)用第四種3點(diǎn)定位方案對(duì)本塊葉片進(jìn)行了沖壓實(shí)驗(yàn)。葉片在成形過(guò)程中合模較好，形狀符合要求，應(yīng)力分布均勻。如圖8所示為壓制出來(lái)的實(shí)際葉片照片。故此可得出結(jié)論：葉片沖壓成形工藝的有限元數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)是有效可靠的，可對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)及指導(dǎo)。通過(guò)有限元數(shù)值模擬方法可對(duì)沖壓工藝的制定及沖壓模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行準(zhǔn)確的指導(dǎo)，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

圖8 11號(hào)葉片實(shí)沖成形結(jié)果照片

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)葉片沖壓成形的有限元仿真，得出葉片在模具型腔中過(guò)程的滑動(dòng)方向，設(shè)計(jì)多種簡(jiǎn)單可行的定位工藝方案。通過(guò)對(duì)各種定位方案進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，分析了不同工藝方案的葉片空間變形過(guò)程及應(yīng)力應(yīng)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(chǎn)出合格的葉片產(chǎn)品。

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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(zhì)量損失率均先減小后增大，且在單一硫酸鹽侵蝕作用下質(zhì)量損失率的減小幅度最大，經(jīng)60次硫酸鹽侵蝕作用后質(zhì)量損失率達(dá)到最小。

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