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1、模具技术2010.No.233文章编号:100124934(2010)0220033204镀锡钢薄壁罐胀形壁厚变化分析112崔树平,宋志平,黄特(1.山西机电职业技术学院机械工程系,山西长治046011;2.永康市职业学校数控模具部,浙江永康321300)摘要:为了提高薄壁罐气压胀形的成形质量,减少壁厚严重减薄而产生皱折、破裂等成形缺陷,使用钣金成形专用软件模拟薄壁罐气压胀形过程。分析了成形3个阶段金属流动情况、壁厚变化、应力和应变分布规律以及罐坯成形极限,中间阶段对胀形结果影响明显,壁厚减薄、应力和应变的最大值发生在胀形的最大变形区。试验验证与模
2、拟分析吻合。关键词:薄壁罐;壁厚分布;有限元法;试验中图分类号:TP391.7文献标识码:BAbstract:Toenhancethepneumaticbulgingformingqualityofthin2wallpotandreducethebulgingdefectssuchaswrinklingandburstingcausedbytheover2reducedwallthickness,thebulgingprocessofthin2wallpotpartwassimulatedwithprofessionalsoftware.Theme
3、talflow,wallthicknesschanges,stressandstraindistributions,andbulginglimitwereana2lyzed.Themaximumstress,strainandwallthinningofbulgingalloccurredinthelargestde2formationzone.Theexperimentandsimulationresultswereingoodagreements.Keywords:thin2wallpot;wallthicknessdistribution;f
4、initeelementmethod;experiment0引言这项技术应用于工业生产仅10多年,国内这方面的研究还很少,在工艺和技术方面有待进行深入研究和开发。本文将对镀锡钢薄壁罐进行金属桶罐以其优异的包藏性和阻隔性、良好的机械性能、装潢精美以及可回收等优点,广有限元模拟和试验研究,分析成形阶段金属流动情况、壁厚变化、应力和应变分布规律以及罐泛应用于包装领域。近年来在人们对产品美观坯成形极限。追求和个性化消费潮流的趋势下,不同于传统饮料罐和气雾罐直桶外形的异形薄壁罐正在悄然兴起[1]。它是通过对罐身进行局部膨胀或滚1异形薄壁罐气压胀形过程筋成形加
5、工制成形状各异的造型,其市场发展空间巨大[2]。目前国际上发达国家采用先进的金属薄壁罐按材质分为镀锡钢罐和铝罐2气压胀形技术[325],罐坯只经一次胀形便成形为种,本文选用T3镀锡钢的薄壁罐进行试验。罐异形罐,在经济及技术上具有许多优点。但是坯如图1所示,直桶形罐身、罐顶和罐底分别通收稿日期:2009210219作者简介:崔树平(1953-),男,副教授。©34DieandMouldTechnologyNo.22010过双重卷边连接,罐坯直径为52mm,高度为2建立有限元模型148mm,试验所设计的模具结构如图2所示。在罐坯和模具内表面涂润滑剂,将
6、罐坯放入模使用美国ETA公司和LSTC公司联合开具内腔,闭合左右凹模及上模板,连接气压管路发的钣金成形仿真专用软件Dynaform,罐坯为进行密封;然后接入高压气体使罐坯胀形,罐坯镀锡钢材料,满足材料成形过程的硬化规律σ=经过胀形成形过程各阶段,最终完全贴合到模Kεn。通过拉伸实验测得K=521.32MPa,TT具表面,获得的成形件如图3所示。由于金属n=0.144。罐坯材料模型选用Bartlat材料模罐壁厚很薄,δ=0.20mm,在气压胀形中容易因型,模具变形按刚性材料处理。取四节点BT单壁厚严重减薄而产生皱折、破裂等成形缺陷。元,罐坯的有限元模
7、型如图4所示。图4罐坯有限元模型3胀形过程罐坯壁厚变化气压胀形相关参数:罐坯壁厚δ=0.2mm;模具圆角半径r=5mm;罐坯和模具间摩擦因数为μ=0.06(有良好润滑时钢与钢之间摩擦因[6]数为0.05～0.07的中间值);加载内压pmax=6MPa。胀形过程设置为20步。在胀形初始阶段(图5(a)和(b)),加载内压p=(0～3.5)MPa。网格变形缓慢,只是在罐体的中部微微膨胀,变形、应力和应变分布相对均匀,壁厚减薄不明显,壁厚减薄率为2.78%。在胀形中期阶段(图5(b)和(c)),加载内压p=(3.5～6)MPa。随着中下部坯料贴合模具,在
8、摩擦阻力的作用下坯料不再变薄或者说变薄甚微,胀形持续转移到坯料尚未与模具型腔接触部分,变形区不断减小,最后集中在胀形最大直
