铜扁线连续挤压缺陷分析及工模具的优化_图文

1、金属铸锻焊技术Casting ·Forging ·Welding 上半月出版热加工工艺2010年第39卷第23期铜扁线连续挤压缺陷分析及工模具的优化张红云,张金标,谢博(铜陵学院机械工程系,安徽铜陵244000摘要:针对铜材厂连续挤压铜扁线出现的几种常见缺陷,通过DEFORM 软件进行铜扁线连续挤压过程模拟。对连续挤压过程中出现的坯料后移,坯料咬入困难、坯料拱起以及产生溢料等缺陷问题进行数值模拟分析,进而找出切实可行的解决方案,如挤压轮轮槽的改进、堵头的改进和工艺参数的优化等,缩短了试验周期,大大降低实验成本;用于生产实践,克服了缺陷,生产出了合格产品,取得了良好的经济效益

2、。关键词:连续挤压;铜扁线;DEFORM 中图分类号:TG376.3文献标识码:A文章编号:1001-3814(201023-0213-03Defect Analysis on Copper Flat Wire in Continuous Extrusion andIts Optimizing Design of DieZHANG Hongyun,ZHANG Jinbiao,XIE Bo(Dept.of Mechanical Engineering,Tongling University ,Tongling 244000,China Abstract :In view of common de

3、fects of copper flat wire in copper material factory ,the continuous extrusion was simulated using finite element analysis software DEFORM.The defects in continuous extrusion,such as backward shift,difficult biting,heaving and overflowing of billet,were analyzed by numerical simulation,then feasible

4、 solving measures were found out,for instance,the improvement of wheel groove and plug structure,optimization of process parameters.All the improvement schemes cut down testing period,greatly reduce experiment cost;using the optimal process,the defects are resolved,the qualified products are produce

5、d,the excellent economic benefit is received.Key words :continuous extrusion;copper flat wire;DEFORM连续挤压技术作为一种新型的塑性加工工艺,其工作原理如图1所示。挤压轮作旋转运动,在挤压轮圆周上有一环形沟槽。腔体工作圆弧与挤压轮的圆周相吻合,腔体内装有挤压模具1-4。铜杆料经过压轮压实,在摩擦力的作用下被连续送进挤压腔内,利用坯料与挤压腔壁之间的摩擦热以及变形热,使坯料的温度由入口的20上升至出口的400600。坯料在腔体堵头前面沿圆周运动受阻,进入腔体,通过模具挤出铜扁线产品。这种加工方法有三

6、大特点:坯料与挤压腔壁之间的摩擦力由阻力变为动力;坯料无需加热;坯料在强烈的三向压应力状态下,塑性大大提高。所以,这种工艺越来越被重视。1连续挤压过程中的常见缺陷连续挤压过程主要分两个阶段,一为压实轮压下阶段,二为挤压轮带动坯料进入挤压腔进行连续挤压阶段。坯料后移在生产中,在压实轮压下过程中,有时出现坯料向后倒退现象,如图2(a 正常放置坯料和(b 坯料后移。由分析可知,坯料之所以出现后退问题,是因为坯料在压下过程中,其压下面积较小,即与压实轮、挤压轮接触的坯料长度较短,致使压下时压实轮给坯料一个向后运动的分力大于咬入摩擦力,因此出现坯料向后移动现象。通过DEFORM 模拟,如图铜坯料堵头压实

7、轮挤压轮槽封块铜扁线图1铜扁线连续挤压工作原理图Fig.1Work principle of continuous extrusionof copper flat wire收稿日期:2010-10-06基金项目:铜陵学院自然科学基金项目(2009tlxy26作者简介:张红云(1975-,女,安徽安庆人,讲师,硕士,研究方向:金属材料成型与控制;电话:138*;213金属铸锻焊技术Casting ·Forging ·Welding2010年12月Hot Working Technology 2010,Vol.39,No.232(b ,证实以上分析。为防止出现这种现象,在压下过

8、程中,要保证压实轮与挤压轮中坯料的长度,使坯料在压下过程中有较多的受力面积,增加咬入摩擦力,防止出现坯料后退现象。坯料经压实轮压下之后进入挤压靴的阶段,称之为咬入。在此阶段内,容易出现坯料不能进入挤压靴的问题,如图3(a所示。由图分析可知,出现该种现象的主要原因有两个,一为是压实轮的压下问题,二为挤压轮与坯料的摩擦问题。显而易见,在压实轮的压下过程中,如果坯料的压下程度过大,则会造成坯料两端翘起,致使在咬入过程中坯料卡死在压实轮与挤压靴的交介处而不能进行进一步的运行;另外,如果坯料的压下程度过小的话,会使坯料不能很好的与挤压轮轮槽贴合,加之挤压轮与坯料的摩擦系数较小,导致咬入摩擦力过小,会造成

9、坯料的不能咬入。针对以上的咬入问题,适当调整压实轮的压下量和改善挤压轮与坯料之间的摩擦系数,使坯料顺利进入挤压靴,实现咬入,如图3(b 所示。1.2连续挤压阶段中缺陷研究1.2.1坯料拱起金属坯料在挤压过程中,在压实轮压力作用下被碾薄展宽,坯料流入挤压模腔,经模孔成形并逐渐被挤出模孔的过程中,易出现拱起现象,如图4所示。通过DEFORM 对成形过程模拟发现,坯料在挤压轮的摩擦力驱动作用下粘着轮槽底部往前流动,当接触堵头时,由于受到堵头的阻碍和不断流入的金属的挤压,则坯料开始脱离槽底不断“拱起”。在金属的流动变化中一旦出现“拱起”,就有金属粘在导板内侧面,在导板与压实轮空隙处出现金属溢出导致金属

10、流动的不连续而产生折叠,这就是实际生产中某些挤压产品在挤压后拉拔中会造成断裂的原因。该现象是连续挤压过程中经常出现的现象,也是设置进料导板的主要原因。如果坯料在挤压过程中,其拱起程度较高的话,会影响坯料进入挤压腔的程度,引起如图5所示的缺料现象,甚至有时坯料不能够进入挤压腔。在这种情况下,可适当调整压实轮、挤压轮与坯料的摩擦参数,同时适当减少挤压轮转速,即可实现坯料的连续挤压。挤压后期堵头处出现的溢料现象在连续挤压的挤压成型阶段,坯料由轮槽经堵头、挤压腔进入模孔时,因为堵头与挤压轮的接触问题,有-小部分金属沿着挤压轮转动的切线方向从堵头与挤压轮间隙流出成为溢料部分5,如图6所示。此处产生的溢料

11、可能粘附在挤压轮上,对于模具的使用寿命有一定的影响,因此应该减少此处溢料的产生。在实际生产中产生溢料的原因主要有两个,一是(a正常(b后移图2压下过程中出现的坯料后移现象Fig.2The difficult biting of billet in down extruding course(a未咬入(b正常咬入图3压下阶段出现的坯料咬入问题Fig.3The difficult bitting of billet in down extruding course图4坯料拱起现象Fig.4The heaving of billet图5缺料现象Fig.5No full filling of bill

12、et图6挤压后期堵头处产生的溢料现象Fig.6Overflowing of billet at later period of extruding214金属铸锻焊技术Casting ·Forging ·Welding 上半月出版热加工工艺2010年第39卷第23期因为挤压轮与堵头间隙过大;二是坯料在堵头处运行时,会不可避免的对堵头施加一定的力,该力会使堵头产生振动并持续加大该处的间隙,因此必然产生溢料。2挤压工模具结构及工艺参数的优化2.1堵头结构的改进为了最大限度地减少溢料的产生,可将堵头设计成如图7(b 所示的情况,其中堵头下部的弧形部分与挤压轮紧密结合,这样就减少了与

13、挤压轮之间的间隙,从而使坯料在进行连续挤压时产生较少的溢料3。对比图7(a 改进前堵头和(b 改进后的堵头可知,图(b 中所示的堵头的形状可以更好地实现与挤压轮相结合,从而可以减少挤压过程中溢料的产生。从两种结构堵头模拟结果来看,其溢料产生的情况见图8,改进后的堵头形状可以更好地实现与挤压轮结合,从而使挤压产品时溢料明显减小。2.2挤压轮轮槽的设计通过模拟分析后,设计挤压轮轮槽为方形。在模拟过程中,如果采用圆形轮槽,则坯料与挤压轮轮槽的接触面积较小,在挤压轮依靠摩擦力带动坯料咬入挤压靴的阶段,不能够产生较大的摩擦力带动坯料进入挤压靴的进行连续挤压。如果采用方形轮槽,则坯料与挤压轮的接触面积较大

14、,并且当坯料在压实阶段受到压实轮的压下作用时,将进一步与挤压轮紧密接触,增大其接触面积,使坯料在咬入阶段受到很大的摩擦动力,顺利实现坯料的咬入。2.3工艺参数的设计在压实轮压下阶段,压实轮压下量太少,坯料后移如图2(b ;压下量太多,会造成坯料两端翘起,坯料卡死在压实轮与挤压靴的交接处而不能进行进一步的运行,如图3(a 。模拟优化结果表明,调整压实轮压下量到46mm 能解决这些缺陷。挤压轮带动坯料进入挤压腔阶段,在金属的流动变化中一旦出现“拱起”,就有金属粘在导板内侧面,在导板与压实轮空隙处出现金属溢出导致金属流动的不连续而产生折叠,这就是实际生产中某些挤压产品在挤压后拉拔中会造成断裂的原因。

15、该现象是连续挤压过程中经常出现的现象,也是设置进料导板的主要原因。但如果坯料在挤压过程中,其拱起程度较高的话,会影响坯料进入挤压腔的程度,引起如图5所示的缺料现象,甚至有时坯料不能够进入挤压腔。在这种情况下,可适当调整压实轮、挤压轮与坯料的摩擦参数,同时适当减少挤压轮转速,即可实现坯料的连续挤压。通过模拟分析优化后的参数,成功挤压出优质的铜扁线。3结论通过对连续挤压铜材厂常见缺陷的分析,采用DEFORM 模拟软件进行连续挤压过程的模拟。针对连续挤压过程中出现的坯料后移,坯料咬入困难、坯料拱起以及产生溢料等缺陷进行模拟分析,进而找出切实可行的解决方案,如挤压轮轮槽的改进、堵头的改进和工艺参数的优化等,缩短了试验周期,大大降低了实验成本;用于指导生产实践,取得了良好的经济效益。参考文献:1张红云,张金标,谢博,等.铜扁线连续挤压气泡缺陷的研究J.长春工程学院学报,2010,(3:73-76.2张金标,林克璐,张少伍,等.基于DEFORM 的黄铜阀体冲压成形过程数值模拟J.热加工工艺,2008,37(8:88-91.3黄延