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变壁厚大锥度薄壁铝罐成形关键技术的研究

许兰贵  
【摘要】: 单片铝质气雾罐由于其阻气性能良好,防潮性极佳,而且遮光性能强、便于印刷等优点,在包装行业应用极广。随着材料成本的提高,减轻单罐重量,降低生产成本,以达到提高利润的目的是很多企业的追求目标。同时随着人们对于产品的个性化、多样化、品位等需求越来越高,个性化的外观设计及生产实现也成为包装罐生产一个需要考虑的重要方面。综之,制造出重量更轻,更省物料、更环保、更具视觉魅力的包装新产品是行业的发展趋势。鉴于此,本文主要从两方面展开了研究:为达到减轻产品重量以节省材料的目的,对包装罐进行变壁厚结构优化;为得到个性化的外观,对大锥度包装罐的成形技术进行了研究。主要研究内容如下: 变壁厚反挤压模面优选。建立了形成变壁厚薄壁铝罐筒形毛坯的变直径反挤压模型,开发了能够形成变壁厚薄壁铝罐筒形毛坯的变直径反挤压凹模,其型面结构与传统冷挤压凹模相异,且只需通过一次反挤压就能达到成形目的。通过理论研究和有限元分析相结合的方法,揭示了饼型毛坯通过变直径反挤压凹模进行反挤压形成变壁厚筒形件的金属流动规律,建立了阶梯型、直线型、余弦线型、椭圆线型四种过渡曲面的变壁厚筒形件反挤压有限元模型,得出采用椭圆线型过渡型面的变直径凹模进行反挤压可以获得理想的变壁厚筒壁的结论,同时椭圆线型过渡型面凹模对挤压成形载荷、金属流动和应力场的影响都优于其他几种型面,而且能够有效的降低变壁厚制件的偏摆缺陷,并通过理论解析进一步证明了椭圆型过渡型面优于其它几种型面;讨论了几种工艺参数对挤压成形的影响,优选出最优的工艺参数组合。 大锥度缩口变形理论分析。采用轴对称回转壳体的薄膜理论对锥模缩口和圆弧模缩口变形过程进行力学分析,分别建立了带出口直管的圆弧缩口模和圆锥缩口模的力学模型,并在此基础上比较了两种模具结构对成形力的影响。研究结果表明:圆弧形缩口模具在降低缩口力、抑制变形、提高管材的缩口极限(在圆筒处出现屈曲)是很有效的,因此在半锥角比较大时,在锥模入口处引入圆弧形结构是十分有效的;根据锥形模具缩口时管坯的受力模型,研究了半锥角较大时锥形缩口变形模式的转化条件,得出了最大锥形缩口半锥角为50-55°的结论。 缩口变形颈口弯曲变形研究。通过对薄壁圆筒形工件缩口成形中颈口弯曲部分进行力学分析,导出了出口处自由弯曲半径的计算公式,并通过实验进一步证明了该公式的正确性。由实验和模拟结果知:出口弯曲圆弧半径随半锥角的增大而减小;随出口端直径和壁厚的增大而增大,并通过零件的成形过程验证了该公式的实用性,可以作为设计 带直管缩口件颈口弯曲圆弧半径设计的依据,能够满足一般工程计算的需要。大锥度铝罐成形工艺分析及数值模拟验证。提出了以多道次圆弧缩口和滚压加工相结合的成形工艺,解决了大锥度薄壁铝罐的成形难题,开发了与该工艺相应的新型模具。该工艺根据零件薄壁、半锥角大的特点,采用在圆锥模口部引进圆弧的结构;建立了大锥度薄壁铝罐成形的有限元分析模型,对圆弧缩口变形过程及滚压变形过程进行了模拟分析,并与实验结果比较,证明了该工艺过程的可行性和有效性。


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