灯罩拉深成形分析及模具设计

1、灯罩拉深成形分析及模具设计,车辆二班 周亚俊 20110402228,1 前言 2 铝制品的广泛应用 3 铝挤压材工业的发展现状 4 目前他人在铝制板材冲压成其它零件的相关研究设计 4.1 薄壁深锥零件的拉伸成形方面的研究 4.2 铝锅冷挤压工艺及模具等类似产品的设计 4.3 对灯罩薄壳类型以对微型汽车的前大灯罩壳的加工工艺进行分析 4.4 冷挤压模具与温挤压模具等方面的设计 4.5 对锥形零件的设计以深双锥形零件的冲压工 艺及模具设计 5 总结,1.前言,目前很多家具企业在灯罩的加工中还是采用传统的以塑料位原材料的工艺进行生产，存在着“三低”(材料利用率低、设备效率低及生产率低)和“二高”(

2、劳动强度高及制品成本高)等严重缺点。人们逐渐走上了健康、快乐、充满新意的现代化室内装潢，铝制灯罩代替塑料灯罩明显不断扩大，与塑料灯罩相比，铝制灯罩不仅是使用寿命长，还具有自身重量轻及外形色泽美观等特点。,研究表明，铝制灯罩采用冷挤压方法是一种行之有效的、具有高质量、高精度、高产量、低消耗、低投资及低成本等优点。该冷挤压技术的出现，对灯具行业的大批量生产是一场革命。 现在冲压板材技术的广泛应用，对铝板进行拉伸成形为复杂板件以不是一个难题，关键在于设计过程中的优化，使其更加具有经济性。,2.铝制品的广泛应用,铝板，顾名思义是指用铝材或铝合金材料制成的板型材料。或者说是由扁铝胚经加热、轧延及拉直或固

3、溶时效热等过程制造而成的板型铝制品。目前铝板冲压形成的成品有各种类型：1、照明灯饰2、太阳能反射片3、建筑外观4、室内装潢：天花板，墙面等5、家具、橱柜6、电梯7、标牌、铭牌、箱包8、汽车内外装饰9、家用电器：冰箱、微波炉、音响设备等10、航空航天以及军事方面，比如中国目前的大飞机制造，神舟飞船系列，卫星等方面。,3 .铝挤压材工业的发展现状,中国已跨过铝挤压强国门槛，自2001年成为挤压材净出口国以来，2005年的净出口量324.56 kt。铝挤压工业的地区结构合理，与经济发展相适应；全球21个工业发达国家2004年的平均工业材与建筑材之比为54：46，没有一个国家工业材的比例达65%以上，

4、中国2005年工业材的比例占34，2012年的这个比例可达45。截止到2006年底中国拥有16台大挤压机，总挤压力1 170 MN，总生产能力约140 kta，不是生产能力与产量不够，而是在品质方面存在诸多不尽如人意。大挤压工业型材面临的最大挑战是市场与技术，是自主创新力量薄弱。,4.1 薄壁深锥零件的拉伸成形方面的研究,锥形件拉伸的特点：锥形件的拉伸远比圆筒形零件拉伸的难度大。1)开始时， 凸模与坯料接触面积较小，压力集中，接触部分金属变薄严重甚至出现拉裂现象。2)凸凹模之间自由面积大，此部分金属易发生起皱现象。3)拉伸后，零件回弹大，不易得到尺寸精确的零件。锥形零件下图所示：,薄壁深锥零件

5、拉伸成形中，由于坯料的变形程度较大，只靠坯料与凸模接触的局部面积传递变形力极易引起坯料局部过度变薄乃至破裂，所以一般需要经过多工序拉伸使零件逐渐成形。 薄壁深锥零件拉伸工艺进行计算的步骤为：1）毛坯直径的确定 2）圆筒形过渡毛坯拉伸次数的确定 3）零件锥形拉伸次数的确定。因圆筒过渡法有从口部开始逐渐成形法和从底部开始逐渐成形法两种，零件锥形拉伸次数的确定应按两种方法进行计算。 上述分析方法，进行了冲压工艺的编制和模具设计，模具结构简单，设计合理。,4.2 铝锅冷挤压工艺及模具等类似产品的设计,成形方法的选用。图2为铝锅的形状及尺寸。在选用冷挤压成形方法上，有如下两种：第1种方法：按无凸缘的直接

6、反挤压，其工艺过程如图3所示。冷挤压后，还要进行端部翻边工序。,图2 铝锅的形状及尺寸,第2种方法：按留凸缘的直接反挤压，其工艺过程如图4所示。这样，通过单一冷挤压工序，就可完成制品。与第1种方法相比，不再需要端部的翻边工序，不仅提高了生产效率，而还可避免制品端部翻边。经上述两种冷挤压方法比较之后，应选用第2种冷挤压成形方法，其生产工艺流程是：高速带锯下料退火酸洗润滑反挤压。,图3 第1种方法冷挤压 a 下料 b一一反挤压 c 翻边,可见冷挤压技术是一项少、无切屑的金属塑性成形工艺。生产实践表明，采用冷挤压工艺代替其它加工方法，可以明显提高制件的表面质量，减少机加工工时，节约材料，大大提高了生

7、产率，达到降低制品成本的目的。,图4 第2种方法冷挤压 a下料 b反挤压,4.3 对灯罩薄壳类型以对微型汽车的前大灯罩壳的加工工艺进行分析,图5 微型汽车的前大灯罩壳模型,此模型在确定冲压方向和拉延面时应充分考虑以下三个方面：1)保证拉延凸模能顺利拉延凹模，不应有凸模接触不到的死区，所有拉延部位要在一次拉延中成型。2)拉延开始时，凸模和毛坯的接触面积要大，避免点、线接触，接触部位应在冲模中心，以保证在拉延时毛坯不易串动。3)在确定拉延面时应尽量保证毛坯平放，拉延面各部位进料阻力要求均匀。其要求是有相等的拉延角和拉延深度。4)在确定拉延面时应尽量保证沿周整形量的均匀，这样可保证整形的效果，从而可

8、以获得较为准确的焊接边尺寸。综合上述各种因素，选择图6所示冲压方向和拉延面。,受力分析：如图7所示，由于该件属长盒形件，从盒形件受力分析可以看出：径向拉应力沿周边分布不均匀，圆角部分最大，直边部分最小。由于上述原因，造成如图8所示的起皱和开裂现象。,图6 所示冲压方向和拉延面,图7 长盒形件所受的应力,图8 起皱和开裂,拉延系数的确定：根据以上分析，参照平底盒形件，采取倒推法。先将下一次拉延系数定为1，从而确定一次拉延深度和圆角半径r，不够的深度采用修边后整型得到，工序安排如图9所示。,可见板型件冲压成灯罩薄壳类型时，要对其变形的部分进行应力分析，来检查成形件的缺陷，防止出现起皱和开裂，在后面

9、的工序中要对成形件进行成型和修边。,图9 对平底盒形件整形和修边,4.4 冷挤压模具与温挤压模具等方面的设计,实际生产中经常采用用两种类型的挤压工艺，一种为冷挤压工艺，挤压加工时使用的模具为冷挤压模具，在室温下，使金属毛坯在三向压应力状态下产生塑性变形，从而挤出所需尺寸、形状及性能的零件；另一种为温挤压工艺，温挤压加工时使用的模具为温挤压模具。将金属毛坯加温至金属的再结晶温度以下，在压应力状态下使金属产生变形，从而挤出所需尺寸、形状及性能的零件。,针对以上两种加工工艺，在设计模具型腔时，挤压模具设计必须充分考虑金属的变形原理，然后对模具型腔进行冷挤压加工时，金属材料(常温状态)在压力作用 设计

10、和确定。由于金属冷挤压加工退模后，金属回弹，下被挤入模具型腔，进而充满模具型腔，当零件退出 导致的结果是尺寸增大，因此设计模具时，模具型腔尺寸的设计应根据该种材料的弹性性能进行计算，表1为几种常用金属材料的弹性性能系数。计算出该种材料在相应的直径下的弹性变形量。,表1 为几种常用金属材料的弹性性能系数,用零件成品尺寸减去相应的弹性变形量，即可计算出相应的模具型腔的尺寸。而温挤压加工退模后，由于零件温度的下降，金属收缩，因此设计模具时，模具型腔尺寸应根据该种材料在某一成型温度下的线膨胀系数进行计算，表2为几种常用金属材料的线膨胀系数，计算出该种材料在相应的直径下的线膨胀量。再用零件成品尺寸加上相

11、应的热膨胀量，即可计算出相应的模具型腔的尺寸。,可见在生产加工时具体采用哪一种挤压工艺需要了解所加工零件的材料。根据材料特性，可了解到在成形过程中的零件的回弹量，对其的冲压模具的设计具有一定参考作用。,表2 为几种常用金属材料的线膨胀系数,4.5 对锥形零件的设计以深双锥形零件的冲压工艺及模具设计,在深双锥形零件的拉伸成形过程中，为了防止板料在成型过程中出现起皱和开裂，对其成形部分分为多道工序来加工。具体的工序步骤可见工序图11：,图10 深双锥形零件尺寸图,图11 工序图 a落料、冲压、拉伸毛坯 b一次冲尖毛坯 c二次冲尖毛坯 d三次冲尖毛坯 e四次冲尖毛坯 f整形毛坯,模具结构在工作过程中

12、造成凹模大、小锥部硬度不均匀，且硬度低，使用寿命低，为此设计了具有预紧力的组合凹模，如图12所示：,校形模如图13所示，为便于工件定位，采用凸模在下凹模在上的反冲型式，在摩擦压力机上镦压校形。,图12 组合凹模 1.内腔 2.模套,图13 校形模 1.上模座 2.垫板 3、7.螺钉 4.上压板 5. 校形凹模 6.凸模 8.下压板 9.下垫板 10.下模座,组合凹模由模套和内腔组成，这样可减少凹模大、小锥的壁厚差，有利于大小锥处淬火后硬度的一致。同时，内腔在淬火时为保证其小锥顶部的硬度，采用图 14 所示的方法，在内腔浸人冷却水的过程中，用水泵对内腔小锥顶部进行喷射冷却水的同时内腔缓慢浸人冷却

13、液中的办法进行淬火，使大、小锥的硬度得到了提高。另外在校形时，凹模所承受的冲击力为径向压力，为保证凹模不致破裂，采用了对组成凹模的内腔施加预加应力的方法，以抵消工作时的拉应力。,可见在对锥形零件的设计以深双锥形零件的冲压工艺及模具设计中，从板料冲压成型的不同程度来考虑需要几次冲压变形，有利于金属材料微粒在变形中稳定的流动，同时这样可以减少成品件的回弹变形。,图14 淬火冷却方式 1.吊篮 2.凹模内腔 3.冷却池 4.冷却液 5.水管 6.水泵,5 总结,中国铝挤压工业中小的挤压企业还是多了些，单位企业的生产能力比大多数工业发达国家的小得多，还有相当大的调整空间。尽管国外铝挤压生产能力大量过剩

14、，但中国铝挤压材还是有相当大的国外市场待开发。中国挤压材有很强的市场竞争力，2005年出口405.1kt，出口到153个地区与国家，也就是说哪里用挤压铝材哪里就有“Made in China”的这类材料。当然在出口中还有一些有待改进之处，如材料性能的均匀性与稳定性差一些，交货期不能完全得到保证，运输过程中破损率大一些，高附加值产品比例较小。,可见铝材板料拉伸成型行业还有很大的提升和发展空间，需要更多的科学技术和实践试验，对此方面的课题研究是相当有意义的。越来越多的生活用品考虑到使用铝板冲压成形，铝制用品也受到人们的喜好，可见灯罩选用铝材冲压成型是很好的选择，这样更加具有经济性。,参考文献,1洪

15、慎章. 铝锅冷挤压工艺及模具设计.模具制造，2008年，第10期，62-64. 2唐德修. 薄壁金属冲压拉深成型工艺的研究.西南师范大学学报，2008年6月（第3期）. 3刘静安，谭炽东，曾杰. 铝合金挤压工模具技术的现状与发展趋势.铝加工，2008年，第4期，4-9. 4聂兰启，聂伯扬. 薄壁深锥零件的拉伸成形.模具制造，2008年，第8期，29-32. 5李连好. 汽车灯罩壳冲压工艺分析及模具设计.安徽合肥：合肥昌河股份有限公司，2004年9月. 6王修保，叶泽敏. 浅谈冷挤压模具与温挤压模具设计.模具制造，2008年，第1期，36-39.,7 ZHOU Li-Qun,LI Yu-Ping,ZHOU Yi-Chun.A Mechanics Model for Stamping a Sheet on Elastic Die with Large Deformation.Journal of Shanghai Uniwersity(English Edition),2002,6(2):130-135. 8 M. Firat * .Computer aided analysis and design of sheet metal forming processes: Part III: Stamping die-face