塑性加工技砸PLASTlC WORKING TECHNOLoGY 文章编号:1672—0121(2003)06—0038—02 精密微型螺钉冷成形缺陷的产生与消除 张驰。胡建军,夏华 (重庆工学院材料科学与工程学院,重庆400050) 摘要:对精密微型螺钉冷成形的主要缺陷——裂纹和折迭的产生.进行了金属学分析、材料流动的有限元模拟和试验研究。▼▼▽●▽●从理论上探隶折迭产生的原因,☆△◆▲■并对预成形7-艺进行了改进,得到可以消除折迭缺陷的 模具和工艺设计。 关键词:机械制造;冷挤成形;缺陷;微型螺钉 中图分类号:TG376.3 文献标识码:B 1引言 精密微型不锈钢螺钉被广泛用于磁盘驱动器以 及电子工业中(图1),▲●其生产批量大,质量要求高, 具有广阔的市场前景。采用冷成形加工可以简化工 艺,◇▲=○▼=△▲提高生产率,节约能源,改善工人劳动条件。但如 果工艺处理不当,会产生缺陷,造成产品报废。 田1精密散型螺钉产品 微型不锈钢螺钉的生产流程:剪切下料—预成 形(镦粗)一终锻及反挤压一搓丝一热处理及表面处 理。其冷成形工艺流程如图2所示。在冷成形工艺中 通常产生的缺陷有:镦粗时材料的偏心;充不 满;材料头部梅花形凹槽产生的折迭;内部及表 面裂纹;尺寸超差。其中主要的并且难于消除的缺 预成形 终锻成形 图2螺钉冷成形工艺流程 收翦日期:2003—08-20 作者简介:张驰(1964一),男,硕士,教授.归国学者 横具设计、制造的研究开发及教学工作 38陷问题是第项。造成该缺陷的因素主要有:预成形 冲头的形状、润滑、接触面的摩擦系数、模具的稳定 性、材料的性能和工艺参数的合理配置等。 经研究分析确认,材料的折迭出现在终锻反挤 压过程中(图3),为消除折迭及裂纹,需进一步分析 材料的流动、性能、模具的稳定性、工艺参数等,并探 索合理工艺流程,优化成形工艺参数。 产品的折迭2T艺分析 以图4示零件为例,分析研究材料折迭问题.即 进行金属学分析、材料流动有限元分析、实验和成形 T艺研究。 图4零件金属学分析 2.1材料流动情况的测定 从事盎属成形 利用高速相机测定流动变形的外形参数以及记 录材料的流动和模具的稳定情况,所记录的资料保 万方数据塑眭加工技商 —————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————一PLASTICWORKING TECHNOLOGY 存在胶片内。 2.2成形工艺的金属分析与有限元模拟 对螺钉零件的预成形和材料的最终成形产品, 切片进行金属学分析(图5),寻找金属折迭和材料 不良流动缺陷产生的原因。利用3D有限元软件 Deform,对零件的预成形和最终成形材料流动成形 工艺进行模拟,模拟网格如图6所示。 预成形 图5零件金属学分析 终锻成形 预成形 终锻成形 图6零件原始成形工艺有限元分析 2.3金属折迭产生原因分析 图5显示出在螺钉的反挤压面出现材料折迭。 这是在锻造和反挤压工艺中出现的不良材料流动所 产生的。最终成形工序材料流动有限元模拟结果显 示,顶部材料在挤压初期.材料向外部有一定的流 动,然而,当凸模表面和材料接触的时候。材料开始 朝内部流动并产生折迭。 折迭产生的原因有:在反挤压初期.材料和 冲头未接触,材料向外流动,当凸模面和材料接触 时.较高的摩擦力拉动下面的材料,使坯料中心部分 向外流动;在反挤压过程中。由于无模具边界限制 材料的流动,锻造与挤压现象同时发生,使 材料向外流动,◆▼当凸模面和材料接触的时候,产生折 选;当凸模面被进一步下压成形螺钉头.材料的外 部流动会加剧折迭。 由金属学分析和有限元模拟看出。螺钉反挤压 面的表面裂纹和金属折迭归因于零件不合理的预成 形工艺。北京赛车pk10网所以须采用新的预成形工艺设计,以确保材 料朝同一个方向流动;避免材料在反挤压时向里流 动;限制材料过多向外流动。 3工艺优化 3.1优化工艺有限元模拟及预成形凸模改进 根据上述分析,为r消除材料折迭,通过有限元 分析,对冷成形工艺进行多次优化改进,▲●…△●最终模拟结 果如|圭I7所示。根据有限元模拟结果,重新设计了挤 压预成形凸模(图8)。○▲用该凸模进行试生产螺钉500 件,切片进行金属学分析(图9),无折叠缺陷。 预成形 终锻成形 图7改进后工艺的有限元模拟 图8改进后的预成形凸横 预成形 终锻成形 图9零件优化工艺的金属学分析 3.2试验成形结果和有限元分析的比较 试验表明,经成形工艺的金属学分析和有限元 预测,材料流动的形状结果基本相同。图7显示,使 用改进后的预成形凸模,材料的向外流动被凹模所 限制,消除了零件反挤压面材料折迭的出现。所以, 只需利用改进的预成形凸模和现有的凹模进行螺钉 冷成形,就能够消除反挤压变形时的折迭。 4结束语 通过上述分析和实验,可以得出以下结论:在 终锻时产生的折迭是由于终成形中不良的材料流 动。不良材料流动原因是终成形工艺设计不合理. 造成反挤压与镦粗同步进行。改进后的预成形凸 模形状主要是考虑限制材料径向流动。利用新的 预成形凸模进行螺钉冷成形实验,结果显示反挤压 面的折迭被消除.成品螺钉符合图纸技术要求。◆◁• 参考文献 1Choy Chee Mun Investigation ColdForming aMiniatureFastener Ginlic Institute ManufacturingTechnology.R&D Report.1998—10 2王占军,汤炳新.花篮螺丝的弹塑性有限元分析厦试验.机械设计 万方数据 塑性加工技疵 PLASTIC WORKING TECHNOLOGY 文章编号:1672—0121(2003)06—0040—02 AQ轿车 重庆400050)摘要:分析了AQ轿车一、Z-档拨叉的S-艺特性,介绍了该零件的冲压模具结构特点和工作过程。 关键词:机械制造;轿车拨叉;冲压I艺;模具 中图分类号:TG386 文献标识码:B 1零件工艺分析 图1所示是一种新型轿车一、=档拨叉,是轿车 换档总成的重要零件,性能质量要求高。图中尺寸 14扩1、078.2护2及腰形孔(宽7.1产,长31.51)控制着 换档的位置准确性。△▪️▲□△ 根据零件结构尺寸确定,零件主要由冲压加工 成形,其成形工艺路线为:冲孔落料一压筋一切边一 一次折弯一二次折弯一机加。冲压成形时.腰形孔一 端靠近折弯的折弯点,这样若先将腰形孔冲到位再 折弯,其尺寸将发生变化,势必影响到换档的精度。 因此,在考虑冲腰形孔时,应留有机加工余量;另外, 孔012.05乎1的轴心线对两侧面的垂直度。将影响几 个拨叉装配后是否同轴的问题.必须严格保证.工艺 t采取先成形之后再钻孔,同时在两侧面上钻出 012.O钳1孔,并保证其轴心线与侧板的垂直度要求。△ 2模具设计殛结构特点 收稿日期:2003_08—04 作者简介:障元芳(1968一),女,硕士,口▲=○▼工程师,主攻模具CAD/CAM 图1一、二档拨里零件图由上述冲压成形工艺,我们设计了以下模具。 2.1冲孔落料模 模具结构见图2。为了保证冲件平整,模具采用 了刚性压料板7和卸料板6,另外为了保证冲裁过 程平稳、间隙均匀,设置了导向装置。模具工作过程: 上模下行,冲孔凸模2冲出腰形孔,冲孔废料由凹模 孔漏出,凸凹模9冲出工件外形;上模回程,卸料板 6顶出工件。条料由刚性压料板7卸料。 与制造.2002(2)4吴志坚细长内六角黑钉模具与工艺研究.制造与工艺,1998(1) 3杨慧萍蝶形螺钉热锻的模具设计,机械工人.2002(12). The OccurrenceElinlillatiOn MaterialFolding ColdForming MiniatureFasteaer zHANG Chi,HU Jianjun,◆●△▼●XIA Hua (ChongqingInstitute ofTechnology,▲★-●Chongqin9400050,China) Abstract:The defects have been analyzed coldforming miniatureFastener.The primary material defects coldforming,such folding,havebeen analyzed via metallurgical,finite element simulation exper-imental trails.The causes materialfolding have been explored theory.Thepreforming of¥CItW first punch has been proposed newdesign eliminatematerial folding have been obtained.The generic new preforming punch has been proposed.The generic conclusion mate-rim folding has been gained. Keywords:Machinery manufacture;Miniature Fastener;FEM;Fold;Cold Forming

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