金屬薄板低耗成形工藝優(yōu)化方法

郜少波

摘 ?要：在許多領(lǐng)域當(dāng)中都需要運用到金屬薄板，而以往金屬薄板的成形工藝需要消耗較大的能量，并且容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，進一步增加了其生產(chǎn)的能耗，較大的能耗使得金屬薄板生產(chǎn)成本也隨之上漲，因此為了對此改善，文章主要探討一種有利于金屬薄板能耗降低，同時還能夠保障金屬薄板質(zhì)量的低耗成形工藝，并通過半球形件拉深實驗來證實工藝的優(yōu)化意義。

關(guān)鍵詞：金屬薄板;低耗成形工藝;半球形件拉深實驗

中圖分類號：TG386 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）13-0122-02

Abstract： In many fields， metal sheets are needed. In the past， the forming process of metal sheets required large energy consumption and was prone to quality defects， which further increased the energy consumption of the production. The production cost of thin plates has also increased. Therefore， in order to improve this， this paper mainly discusses a low-cost forming process that is conducive to the reduction of energy consumption of metal sheets and also guarantees the quality of metal sheets， and the optimization of the process is confirmed by the hemispherical deep drawing experiment.

Keywords： thin metal sheet; low-cost forming process; hemispherical drawing deep drawing experiment

1 金屬薄板低耗成形工藝評估體系

1.1 評估指標(biāo)

首先介于以往金屬薄板的生產(chǎn)與應(yīng)用，其很容易出現(xiàn)拉裂、起皺等質(zhì)量問題，如果出現(xiàn)此類問題就預(yù)示著金屬薄板件直接報廢，所以在金屬薄板評估體系當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)包括起皺率（用Fw代替）。其次金屬薄板在應(yīng)用時的能效取決于其薄度，如果薄度不足，就可能導(dǎo)致金屬薄板無法應(yīng)用，所以在金屬薄板評估體系當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)包括最大減薄率（用TMAX代替）。最終，因為在金屬薄板的生產(chǎn)過程當(dāng)中，對金屬薄板的薄度要求越大消耗能源也就越大，所以出于本文研究目的，應(yīng)當(dāng)在金屬薄板評估體系當(dāng)中選取成形能耗指標(biāo)（用E代替）[1]。

結(jié)合上述，起皺率主要由金屬薄板原材料的最大應(yīng)變力與最小應(yīng)變力絕對值相互比較得來，根據(jù)公式（1）的計算說明，起皺率越大金屬薄板原材料的最大應(yīng)變力絕對值與臨界點越接近，當(dāng)最大應(yīng)變力超過臨界點則發(fā)生起皺;最大減薄率代表了生產(chǎn)過程當(dāng)中，金屬薄板原材料的厚度變化最大值，即減薄率越低說明原材料厚度的變化就越小，否則相反，與此同時還說明原材料拉裂概率也會變小，由此可見減薄率越低，會給金屬薄板造成兩個方面的影響，即厚度可能無法達到生產(chǎn)要求，但有利于金屬薄板的質(zhì)量;成形能耗就是金屬薄板生產(chǎn)中的消耗能源量，當(dāng)成形能耗越大說明生產(chǎn)環(huán)境的友好性越低，對于成形能耗的計算，可以通過有限元仿真等方法獲取[2]。

2 金屬薄板低耗成形工藝優(yōu)化方法

2.1 優(yōu)化基礎(chǔ)條件

因為金屬薄板生產(chǎn)工藝較多所以不能一概而論，本文主要結(jié)合SUS201不銹鋼半球形件拉深工藝作為本文研究的基礎(chǔ)條件。研究當(dāng)中首先構(gòu)建了銹鋼半球形件拉深工藝的幾何模型，再通過Dynaform方法分析不同成形工藝參數(shù)對半球形件拉深的成形質(zhì)量、能源消耗的影響，最終將上述金屬薄板低耗成形評價體系的基礎(chǔ)上，對各類影響進行評價，再根據(jù)評價結(jié)果對此工藝當(dāng)中的各項參數(shù)進行優(yōu)化。

2.2 銹鋼半球形件拉深工藝參數(shù)分析

首先通過正交實驗對銹鋼半球形件拉深工藝當(dāng)中的各因素進行分析，再針對各類因素進行計算得出其水平值。其次，以以下5個工藝參數(shù)為自變量：半球形件拉深速度;凹模圓角半徑;摩擦系數(shù);壓邊力;金屬薄板原材料厚度，以以下3個影響因素為拉深成形工藝低耗評價指標(biāo)：起皺率;最大減薄率、拉深能耗，即可得出正交試驗設(shè)計方案。正交試驗設(shè)計方案為5因素4水平方案，結(jié)合L16（45）=16方程模擬球形件拉深過程，最后進行正交試驗，此部分實驗結(jié)果如表2所示。

通過Dynaform方法進行處理，得出最大減薄率、最大應(yīng)變力、最小應(yīng)變、成形能耗的具體數(shù)值，此時就得到了金屬薄板原材料的自變量對比成形工藝低耗評價指標(biāo)結(jié)果，將此結(jié)果代入上述金屬薄板成形工藝低耗評價目標(biāo)函數(shù)公式進行計算，即可得到低耗評價的目標(biāo)函數(shù)。

2.3 工藝參數(shù)優(yōu)化方法

依照半球形件工藝要求，本文選取了1mm厚度的SUS201不銹鋼板作為實驗樣品，對其進行拉深實驗，實驗當(dāng)中為了保障參數(shù)的最佳表現(xiàn)，本文設(shè)計了相應(yīng)的實驗方法，具體如下所述。

首先出于綜合考慮，在拉深工藝成形質(zhì)量與能源消耗的相互影響關(guān)系之下，半球形件會因為不同的工藝參數(shù)而出現(xiàn)變化。通過實驗了解到，半球形件的拉深速度并不會對能量消耗造成明顯影響，但是拉深速度會對金屬薄板的變形質(zhì)量造成影響，即拉深速度過快導(dǎo)致金屬薄板變形不充分，體現(xiàn)出應(yīng)力分布過于分散的現(xiàn)象，如果拉深速度過慢，那么同樣導(dǎo)致金屬薄板變形不充分，體現(xiàn)出應(yīng)力分布過于集中的現(xiàn)象。在此影響之下說明金屬薄板的Y會整體上升，因此在金屬薄板工藝優(yōu)化中，拉伸速度的參數(shù)需要適當(dāng)。

其次為了得出具體參數(shù)，應(yīng)當(dāng)在此回到拉深工藝成形質(zhì)量與能源消耗的相互影響關(guān)系之下，假設(shè)兩者均為1，拉伸速度對金屬板的變形影響會導(dǎo)致工藝成形質(zhì)量下降，假設(shè)降至0.5，此時確定當(dāng)前的拉伸速率，對其進行調(diào)整直至工藝成形質(zhì)量再次為1，其中調(diào)整的數(shù)值即為工藝參數(shù)優(yōu)化的參數(shù)，同時在能耗上也能得到保障。

3 結(jié)束語

本文主要研究了金屬薄板低耗成形工藝優(yōu)化方法，構(gòu)建了金屬薄板低耗成形工藝評估體系，內(nèi)容主要包括：評估指標(biāo)、金屬薄板低耗成形評價體系。介紹了金屬薄板低耗成形工藝優(yōu)化方法，內(nèi)容包括：優(yōu)化基礎(chǔ)條件、銹鋼半球形件拉深工藝參數(shù)分析、工藝參數(shù)優(yōu)化方法。

參考文獻：

[1]秦利民，劉志峰.基于成形質(zhì)量和能耗的金屬薄板成形工藝參數(shù)優(yōu)化[J].制造技術(shù)與機床，2017（12）：35-40.

[2]龐龍鳳.基于正交試驗汽車前燈注塑工藝參數(shù)優(yōu)化[J].塑料工業(yè)，2018（2）：27-30.