壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件，所見所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
外文資料翻譯
專 業(yè)：模具設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
姓 名：
指 導(dǎo) 教 師：
申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：
提 交 日 期：
學(xué)位授予單位：
國際期刊的精密工程和制造第十三卷,第7號(hào),第1239 - 1242頁。2012年7月/1239
DOI:10.1007 / s12541 - 012 - 0164 – 6
綠色替代處理技術(shù)彈簧定位銷的沖壓模組
Myeong-Sik Jeong1, Sang-Kon Lee1, Ji Hyun Sung1, Kang-Eun Kim1, Shinok Lee2,
Kang-Won Lee2, andTae-Hoon Choi1,#
1綠色轉(zhuǎn)型技術(shù)中心、韓國工業(yè)技術(shù)研究所,大邱,大韓民國,704 - 230
2大邱韓國慶北區(qū)域劃分、韓國工業(yè)技術(shù)研究所,大邱,大韓民國,704 - 230
#通訊作者/電子郵件:?thchoi@kitech.re.kr,電話:+ 82-53-580-0131 ,傳真:+ 82-53-580-0130
關(guān)鍵詞:綠色制造、可持續(xù)生產(chǎn)、多級(jí)鍛造,彈簧定位銷,有限元分析
在這個(gè)研究中,一個(gè)多級(jí)冷鍛過程為一個(gè)彈簧定位銷的沖壓模組設(shè)計(jì)通過替代可持續(xù)生產(chǎn)過程。高能源和材料消耗過程需要轉(zhuǎn)換成能量保存過程。到目前為止,一個(gè)彈簧定位銷對(duì)沖壓模組通常的制造加工過程為了實(shí)現(xiàn)較高的尺寸精度。然而,加工過程有一些缺點(diǎn)如過度的物質(zhì)損失,低生產(chǎn)力和可憐的機(jī)械性能。為了克服這些問題,一個(gè)多級(jí)冷鍛過程用于制造彈簧定位銷來實(shí)現(xiàn)更少的物質(zhì)損失和更高的生產(chǎn)力。多級(jí)鍛造過程需要仔細(xì)設(shè)計(jì)措施防止缺陷的最終產(chǎn)品。因此,設(shè)計(jì)必須考慮材料流在整個(gè)過程和裝載的壓力限制，為了避免產(chǎn)品缺陷如折疊和填充不足。開發(fā)多級(jí)鍛造工藝對(duì)彈簧導(dǎo)銷成形載荷和材料流動(dòng)在每一步都分析了使用的商業(yè)有限元變形代碼。該導(dǎo)銷由發(fā)展的多級(jí)鍛造工藝制造,并與仿真結(jié)果對(duì)比。利用率也是發(fā)達(dá)鍛造工藝和加工過程進(jìn)行對(duì)比。發(fā)達(dá)過程是一種綠色制造工藝減少材料損耗,這可以達(dá)到降低成本通過提高材料的利用率和生產(chǎn)率，相比之下更能廣泛使用的加工過程。
手稿收到:2011年12月30日/接受:2012年1月25日
1.介紹
一個(gè)彈簧定位銷對(duì)新聞模組通常是制造通過加工過程如切割和車削為了實(shí)現(xiàn)空間的精度和足夠的強(qiáng)度?！?】然而加工過程是高能源消耗,因?yàn)樗褂闷饋硇枰芏嗖牧虾蜁r(shí)間。還需要額外的步驟如熱處理以達(dá)到必要的強(qiáng)度。圖1(b)顯示了彈簧定位銷通過加工過程產(chǎn)生的,和有關(guān)于60%的物質(zhì)損失和加工過程(圖1(a))。制造技術(shù)的典范是轉(zhuǎn)向可持續(xù)的生產(chǎn)(圖2)在這個(gè)時(shí)代的能源危機(jī)?？沙掷m(xù)生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)通過最小化環(huán)境下影響整個(gè)生產(chǎn)周期的產(chǎn)品。這樣生產(chǎn)設(shè)計(jì)可以通過最少的生產(chǎn)使用最少的材料和能源之上而產(chǎn)生最小數(shù)量的浪費(fèi)。有多項(xiàng)研究會(huì)有關(guān)由于制造方法的環(huán)境影響?！?-4】?
圖1?彈簧導(dǎo)銷由加工過程:(一)之前和(b)在加工過程
圖2?范式轉(zhuǎn)變的制造技術(shù)
2012年7月國際期刊的精密工程和制造第13卷,7號(hào),1240
因此,這類能源消耗過程需要轉(zhuǎn)換成一個(gè)節(jié)能過程。為了這個(gè)目的鍛造過程是應(yīng)用于制造彈簧定位銷的實(shí)現(xiàn)更少的物質(zhì)損失和更高的生產(chǎn)力。然而一個(gè)廣泛蔓延的過程由兩個(gè)壁壘有限:幾何精度和強(qiáng)度不夠造成的填充不足和折疊等缺陷。 這些障礙是可以克服的如果物質(zhì)流是完全符合給定的幾何形狀。
在這項(xiàng)研究中,多級(jí)鍛造工藝對(duì)彈簧定位銷的一個(gè)按模組設(shè)計(jì)考慮到材料流動(dòng)使用有限元分析。設(shè)計(jì)多級(jí)鍛造工藝對(duì)彈簧導(dǎo)桿銷成形載荷和材料流動(dòng)在每一步分析利用商業(yè)有限元代碼變形。然后,結(jié)果會(huì)由設(shè)計(jì)的冷鍛過程和原工藝效率的評(píng)估開發(fā)的過程做對(duì)比。
2.設(shè)計(jì)的冷鍛過程
2.1發(fā)展階段的鍛造
在冷鐓的軸對(duì)稱物體,最大應(yīng)變是依賴于數(shù)量的形成階段。為了避免等缺陷在鐓粗過程與大翹曲變形,許多成形階段需要確定基于幾何的塑性變形。初始直徑(D0)和長度(LT)?為彈簧定位銷的鋼坯是24.5毫米和分別為219毫米。而破壞比s = 10 / D0是2.95塑性變形長度63.5毫米(圖3)。這種情況下需要一個(gè)雙沖程過程?！?】但增加為一個(gè)三階段的過程初始階段的頭直徑減少的多級(jí)成形性能冷鍛過程?(圖4)。
圖3?初始和目標(biāo)維度對(duì)彈簧定位銷
圖4?三階段鍛造工藝對(duì)彈簧定位銷
2.2為有限元分析的條件
彈簧定位銷的材料是AISI1020,有效應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系為有限元分析是與Capan and Bran的結(jié)果相符的.【6】流動(dòng)應(yīng)力可以表達(dá)成冪律公式，見公式(1):
有限元模擬的多是采用鍛造工藝一個(gè)隱式有限元代碼變形。這個(gè)過程是模擬在2 d,因?yàn)樗且粋€(gè)軸對(duì)稱變形模式。這個(gè)工件被認(rèn)為是完美的塑料材料,穿孔和鋼模是假定為剛性。一個(gè)剪切摩擦系數(shù)m = 0.12工件之間和穿孔是用于仿真。沖頭速度是100 mm / s和工件的網(wǎng)格數(shù)量為3000。?表1總結(jié)了仿真條件為有限元分析。
圖5顯示了沖頭的三個(gè)階段每個(gè)階段過程的形狀。多級(jí)鍛造工藝的半徑R是顯示在圖5(d)。預(yù)成型的形狀的中間階段是決定的半徑R2第二拳,半徑R2決心從仿真結(jié)果考慮到裝載限制和缺陷在第三階段。
2.3有限元模擬的結(jié)果
圖6是有限元模擬結(jié)果的第一和第二階段鍛造過程使用穿孔設(shè)計(jì)在圖5。鋼坯的頭直徑減少到22.47毫米24.5毫米后第一階段,是證實(shí)沒有缺陷如裝桶和爆炸發(fā)生。鋼坯的頭直徑減少到20.16毫米在第二階段。預(yù)測的負(fù)載的鐵分析待低于250噸裝載限制的媒體圖6所示(d)。然而這個(gè)預(yù)成型與R2 = 5導(dǎo)致折疊缺陷在第三鍛造階段如圖8。這是由于物料流的在徑向方向比在軸向方向更慢。
表1?模擬條件的有限元分析
仿真模式
等溫
幾何
軸對(duì)稱
沖壓速度
100 mm/s
網(wǎng)格的數(shù)量
3000
摩擦值
0.12
圖5?每個(gè)穿孔的多級(jí)鍛造工藝形狀
國際期刊的精密工程和制造第13卷,7號(hào)，2012年7月，1241
圖6?多級(jí)鍛造工藝的有限元結(jié)果
圖7有限元分析結(jié)果:第二穿孔R(shí)2= 5
圖8?為第三階段鍛造的粗加工
為了避免折疊缺陷的預(yù)成型幾何的最后階段需要修改,這是通過重新設(shè)計(jì)的在第二階段沖壓試驗(yàn)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的預(yù)制塊,預(yù)成型形狀與半徑從5 r - 15 r，而設(shè)計(jì)和觀察變形行為結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯稣郫B缺陷發(fā)生在半徑為R的第二次沖壓低于12 r。 而當(dāng)半徑大于14 r的撞擊載荷極限時(shí)圖9總結(jié)了這個(gè)結(jié)果,?多級(jí)冷鍛的第二次沖壓的適當(dāng)半徑確定為?13r?到?12r。
3.多級(jí)冷鍛結(jié)果
3.1工藝條件實(shí)驗(yàn)
評(píng)估沖床和模具形狀的多級(jí)鍛造實(shí)驗(yàn)的有效性，結(jié)果如圖10所示。第二次沖壓的半徑設(shè)置為12 r和材料的形狀在每個(gè)階段顯示在圖11。沒有缺陷如滾磨和爆炸發(fā)生在多級(jí)鍛造過程,沒有裂縫和有裂縫發(fā)現(xiàn)在最終的產(chǎn)品上。但有少量的反射形成和有限元分析顯示了類似的結(jié)果(圖12)。這樣的反射可能影響一生的彈簧定位銷,需要做更多的工作最小化反射。這可以通過修改模具的幾何形狀來實(shí)現(xiàn)。
圖9?負(fù)載在第三次沖壓的函數(shù)R2
圖10?穿孔的多級(jí)鍛造工藝對(duì)彈簧定位銷
圖11?每個(gè)階段的彈簧定位銷
國際期刊的精密工程和制造第13卷,7號(hào)，2012年7月，1242
3.2比較開發(fā)過程和原始過程
表2顯示了發(fā)達(dá)過程比原工藝的改進(jìn)情況。當(dāng)發(fā)達(dá)多級(jí)冷鍛過程應(yīng)用于彈簧定位銷比一個(gè)沖壓模組初始坯直徑降低了50%,材料使用增加到100%。同樣的處理能力是每分鐘二百倍的原始過程。這些改進(jìn)使單位成本下降了50%。換句話說,開發(fā)過程是一個(gè)節(jié)能過程，因?yàn)槲镔|(zhì)損失最小化,使生產(chǎn)原始材料使用減少能源、。
圖14顯示了能量消耗金額之間加工和冷鍛生產(chǎn)單個(gè)彈簧定位銷。計(jì)算是通過使用工具與SolidWorks可持續(xù)性計(jì)算方法符合ISO 1444。當(dāng)冷鍛工藝應(yīng)用,能源的消耗量可以減少了大約10%。這意味著,發(fā)達(dá)的過程比加工工藝過程生產(chǎn)彈簧導(dǎo)銷更加綠色化。
圖12?最終在的產(chǎn)品上的反射
圖13?彈簧導(dǎo)銷(a)和(b)鍛造加工結(jié)果
表2?比較的發(fā)展進(jìn)程和原始過程
項(xiàng)目
原始過程
發(fā)展過程
材料
直徑
φ50
φ25
鋼種
A283-C
AISI1020
制造過程
機(jī)械加工
多級(jí)冷鍛造
物料消耗（%）
40
100
生產(chǎn)率(EA/min)
1
200
單價(jià)
1
1/2
圖14?原始過程和冷鍛加工生產(chǎn)一個(gè)彈簧定位銷之間能源消耗
4.總結(jié)
在這項(xiàng)研究中,多級(jí)冷鍛工藝彈簧導(dǎo)針沖壓模組開發(fā)考慮到在制造周期的節(jié)能。這個(gè)過程是設(shè)計(jì)使用鐵分析和預(yù)成型形狀優(yōu)化的考慮到材料流和裝載限制的沖壓。合適的半徑第二沖頭是12r到13r,發(fā)達(dá)過程通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程的有效性。發(fā)達(dá)過程是一種綠色制造工藝不僅減少材料損失還節(jié)約能源。此外，這個(gè)過程通過高材料使用和高生產(chǎn)率達(dá)到降低成本相比更廣泛使用于加工過程。
致謝
這項(xiàng)研究是由“在大邱和尚慶北道省技術(shù)創(chuàng)新的中小型制造企業(yè)” 提供技術(shù)支持。
參考文獻(xiàn)
1.?Boothroyd, G. and Knight, W. A., “Fundamentals of machining and machine tools,” CRC, 2006.
2.?Park, C. W., Kwon, K. S., Kim, W. B., Min, B. K., Park, S. J., Sung, I. H., Yoon, Y. S., Lee, K. S., Lee, J. H., and Seok, J., “Energy consumption reduction technology in manufacturing-Aselective review of policies, standards, and research,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 10, No. 5, pp. 151-173, 2009.
3.?Dahmus, J. B. and Gutowski, T. G., “An environmental analysis of machining,” Proc. of IMECE, pp. 643-652, 2004.
4.?Kang, Y. C., Chun, D. M., Jun, Y., and Ahn, S. H., “Computer-aided environmental design system for the energy-using product (EuP) directive,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 11, No. 3, pp. 397-406, 2010.
5.?Lange, K., “Handbook of metal forming,” McGraw-Hill Book Company, 1985.
6.?Capan, L. and Baran, O., “Calculation method of the press force in a round shaped closed-die forging based on similarities to indirect extrusion,” JMPT, Vol. 102, No. 1, pp. 230-233, 2000.
11