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1、1基于 DEFORM 的复杂方盒冷 挤压工艺研究刘护彦 新昌县宇诚机械制造有限公司摘 要：简要介绍了利用 DEFORM 作为工艺分析的辅助工具，对复杂方盒的冷挤压工艺进行探讨，提出了利用 DEFORM 软件进行分析的一般流程，方法。为类似产品的冷挤压工艺提供参考。关键词：复杂盒类；DEFORM；冷挤压一 引言对于壁厚等于底厚的盒类零件，一般可以采用拉伸工艺进行，但对于不等厚或者盒底部仍有其它结构的时候，只能采用金加工或冷挤压方法加工。而金加工方法的缺点是，生产率低，材料利用率低，不能满足中大批量的要求，特别是对于材料昂贵的有色金属。冷挤压的优势体现在生产效率高，精度好，产品一致性好，且材料的致
2、密度高。本文所述的方盒即采用冷挤压工艺进行生产。DEFORM-3D 软件在冷挤压模拟方面有着巨大的优势：与 Windows 兼容；交互性好；自带的材料库类型丰富；模拟结果直观。利用该软件，可以获得大量的如挤压力，挤压温度，材料流向，模具型腔充满性检查，模具应力分析等设计冷挤压模所需的数据。二 利用 DEFORM 模拟的一般方法和流程（参见图 1 流程图）在流程中，需要注意以下几点：1 因为 DEFORM 不具有自建模型功能，但是它可以接受来自其它软件的 STL 格式文件，故模具设计好之后，用其它 3D 软件（Pro-E，UG 等）对模具进行造型，并在装配图中约束好凹模，凸模，毛坯之间的几何关系
3、。然后将装配体保存为 STL 文件。2 在 DEFORM 前处理过程中，对单元格的划分尽量细致，一般最小单元格（Min Edge）至少为最小结构尺寸的 1/10（如盒的壁厚为 1，则 Min Edge 取 0.1） 。步长一般取最小单元格的 1/3。摩擦系数设置为 0.4（铝合金冷挤压） 。DEFORM 中的其它设置这里不再赘述。3 此处的模具设计应注重于凹模，凸模的成型部分设计，对于其它辅助机构，暂不做考虑，这样可以简化模具结构，加快模拟速度，提高前期方案设计的工作效率。三 工艺分析方盒零件如图 2 所示，材料为 6063；要求 图 1 流程图内外表面不允许再次金加工，盒底内部的小圆柱与两个
4、小台阶高度差控制在 0.1 内，小台阶与小圆柱不允许有塌角现象，尖角处最大 R0.3。分析如下：1 挤压方案确定：由于产品有两个耳朵，故不能采用反挤压（无法出料） ，只能采用正挤压：在挤出盒壁的同时，挤出小圆柱和两个小台阶。在方盒的底部外表面和壁厚高度留加工余量。毛坯轮廓比产品最大轮廓小 0.1。 2 顶出方式：可选的顶出方案有三种： A 利用套环在盒壁顶料；B 利用盒内腔顶料。根据以上挤压方案进行模具设计，并进行 3D 造型，导入 DEFORM 进行模拟。模拟结果 如图 3（图中阴影带点的部分表示材料已经和 图 2 小方盒零件图模具型腔接触） ，图 4 所示。根据图 3 可知：模拟挤压开始到
5、第 16 步时，材料开始填充凹模小台阶及小圆柱的型腔，从填2充顺序看，对于小圆柱，是先中间，后四周；对于小台阶，先填充靠近盒壁的部分，后填充远离盒壁的部分。根据图 4 可知：挤压完成后，材料已完全填充到模具型腔内，且最低盒壁高度已满足图纸要求（DEFORM 中可以测量） 。盒壁四角的高度大于中间的高度；同时，有耳朵的两边的盒壁高度小于无耳朵两边的高度。最大挤压力为 883KN。根据模拟结果，再来分析顶出方式中的方案 A，由于盒壁四周不等高，故如果采用套环顶料的话，容易造成套环局部应力过高，再加上套环比较薄（壁厚只有 1.27） ，会导致套环的局部碎裂。所以只有采用顶出方式中的方案 B。但方案
6、B 存在一个问题，就是挤压完成后，当把产品顶出来的时候，产品会附着在顶杆上，而无法顺 图 3 材料填充模具型腔状态利取下，这就要求在模具设计时，必须考虑到这一点。 挤压力 600KN四 设计制造模具并试生产根据以上分析，选用 200T 液压机，并设计制造模具，模具结构如图 5 所示：其中，凸模截面比产品内腔尺寸大 0.05（考虑到磨损） ，凹模型腔比产品外形小 0.05。模具对中时，需用一预先雕刻好的和凸凹模配合间隙在 0.01 的辅助件。将连接杆与顶杆缸连接起来达到同上同下。挤压完成后，液压机顶杆缸通过顶杆 8 间接的将内模芯连同产品一起顶出凹模表面。然后使用退料结构将产品卸下（退料结构图中
7、未示出，用一叉形零件卡在两耳朵处，用行程开关控制，即顶杆缸行程一到底，叉形零件即插入产品耳朵处，待顶杆缸退回时，叉形零件可将产品卸下）产品试生产工艺为：下料退火皂化挤压平正反面，挤压 图 4 材料挤压完成状态时，产品表面涂猪油，待模具发热后，产品表面涂猪油与硬脂酸锌粉 挤压力 883KN混合剂。试样结果（如图 6 所示）：1 表面光洁度良好（盒底部有竖状条纹是由于下料后未平面所致） ；2 盒内腔的小圆柱和小台阶处有塌角现象出现。经过分析，发现该缺陷在图 3 中已有体现。因为 DEFORM 在模拟过程中不考虑空气的存在，而实际挤压过程中，由于空气被包在局部狭小的空间内，导致小台阶和小圆柱处出现不
8、饱满现象。后经过在模具相应位置穿孔后，无塌角缺陷存在。3 实际挤压力为 1050KN。3图 5 模具结构示意图 图 6 试样结果五 结论1 利用 DEFORM 软件模拟冷挤压成型过程，获取的数据直观，可靠。在不用制造模具的情况下可以尽早的发现模具设计中的不足，为模具的优化设计提供了信息来源。节省了开发成本，缩短了开发周期。2 DEFORM 软件对于材料流向，模具型腔充满性，起皱，夹层等模拟结果较为准确，但对于空气包覆、拉伤等无法模拟。且模拟的挤压力比实际的挤压力要小 20%左右。参考文献1 洪慎章 冷挤压实用技术 机械工业出版社 2004.9 2 李传民 王向丽 闫华军等 DEFORM5.03 金属成型有限元分析 机械工业出版社 2006.123 康关军 李高峰等 铝合金冷挤压摩擦与润滑研究 热加工工艺 2009 第 38 卷第 7 期
