混凝土搅拌车叶片冲压成形工艺研究

杨 笋 魏德才



混凝土搅拌车叶片冲压成形工艺研究

杨 笋 魏德才

（河南省经济管理学校 河南南阳 473000）

通过对混凝土搅拌车的11号叶片的定位方案进行有限元数值模拟，分析了不同工艺方案的叶片空间变形过程及应力应变的分布云图；通过选择合理的定位方案，优化冲压工艺设计，较好的控制了叶片在冲压成形过程中的滑动现象。

有限元模拟 定位工艺 冲压成形

混凝土搅拌车叶片厚度一般为4 mm，因此现有生产方式一般为自由弯曲成形，并且无压边装置。由于在叶片的冲压成形过程中存在很大的空间扭曲与弯曲变形，导致叶片在冲压过程中发生偏移和转动，滑出模具型腔，从而影响叶片的成形精度，甚至产生废品。针对以上问题，本文通过对叶片冲压成形工艺的有限元数值模拟，设计出较为合理的叶片成形的定位方案，有效限制了叶片在冲压过程中的自由流动，保持在模具中的正确位置，从而控制叶片的形状，最终得到精确的尺寸形状。

1 叶片冲压成形有限元数值模拟

1.1 叶片成形过程分析

图1是混凝土输送车第11号搅拌叶片模具图。由于该模具没有任何定位装置，并且有11号叶片的形状可以得出，在成形过程中，叶片无法保持与模具完全合模。由此带来的影响就是叶片的成形精度得不到保证。

图1 11号搅拌叶片模具图

由于在叶片的冲压成形过程中存在很大的空间扭曲与弯曲变形，如何通过合理的定位方式控制金属在冲压过程中的自由流动，最终控制叶片的成形精度是叶片加工中的难点问题。

1.2 数值模拟及结果

1）有限元建模

如图2所示为本研究所建立的叶片有限元仿真模型。从上到下分别为凸模、板料和凹模，冲压方向垂直向下。

图2 叶片有限元仿真模型

2）材料

宝钢产B520JJ钢，其具有良好的综合力学性能、焊接性能、低温冲击韧性和冷冲压性能，十分符合叶片使用及加工工艺要求，故采用宝钢产B520JJ钢作材料。

3）边界条件

模拟冲压速度的确定，按回弹模拟推荐值选取5 m/s，接触摩擦因数按经验选取0.15。

4）冲压模拟结果

冲压成形结果，如图3所示。

由图3可以明显看出，叶片在成形过程中有严重的滑移现象。

叶片边缘与模具边缘最大偏差为30.8 mm（叶片超出模具部分），因此严重影响了叶片的成形精度。

图3 未采用定位工艺下的叶片成形结果

叶片成形后的厚度分布图，如图4所示。

图4 未采用定位工艺下的叶片成形厚度图

2 叶片定位工艺的优化设计

叶片的冲压工艺设计主要是在一定的压力及冲压速度下确定出叶片冲压过程中的定位方式，控制叶片在成形过程中的金属流动，从而保证叶片的成形精度。

2.1 定位方案设计

根据上文叶片的冲压成形模拟结果，这里有4种定位方式，如图5所示。

a）

b）

c）

d）

图5 4种方案的有限元模拟的边界定位示意图

2.2 各种定位方案下数值模拟结果

（1）冲压成形模拟结果

2.4.1 样本筛选。样本筛选要剔除掉离平均值较大的样本点，研究采用标准差分析方法进行筛选，将各个遥感、GIS因子中为样本的标准偏差，为样本的平均值，Xi为样本的数值)的样本数据给予剔除。最后，选取了90个满足条件的样本点数据参与建模，30个满足条件的样本点作为验证样方。

各种定位方式下叶片冲压成形模拟结果，如图6所示。

a）

b）

c）

d）

图6 4种方案的冲压结果

通过有限元模拟结果可以看出，4种方案都能较好的完成叶片的定位，d方案相对其他方案定位效果最好，与模具边角吻合度高，叶片边缘和模具边缘最大偏差（超出模具部分）为3.53 mm。

（2）叶片冲压成形厚度

各种定位方式下叶片冲压成形厚度如图7所示。

a）方案下的叶片厚度图

b）方案下的叶片厚度图

c）方案下的叶片厚度图

d）方案下的叶片厚度图

图7 各种定位方式下叶片冲压成形厚度

4种方案下的叶片成形后的厚度图与未加定位时的模拟结果几乎一致，可以得出，该种近似模拟是符合实际的。

3 实冲试验

为确定模拟结果的准确性，运用第四种3点定位方案对本块叶片进行了冲压实验。叶片在成形过程中合模较好，形状符合要求，应力分布均匀。如图8所示为压制出来的实际叶片照片。故此可得出结论：叶片冲压成形工艺的有限元数值模拟优化设计是有效可靠的，可对实际生产进行准确的预测及指导。通过有限元数值模拟方法可对冲压工艺的制定及冲压模具的设计进行准确的指导，从而提高生产效率，降低生产成本。

图8 11号叶片实冲成形结果照片

4 结语

通过对叶片冲压成形的有限元仿真，得出叶片在模具型腔中过程的滑动方向，设计多种简单可行的定位工艺方案。通过对各种定位方案进行有限元数值模拟，分析了不同工艺方案的叶片空间变形过程及应力应变的分布云图，选择合理的定位方案，优化冲压工艺，最终生产出合格的叶片产品。

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(1) 在单一冻融、硫酸盐侵蚀及二者耦合作用下，混凝土的质量损失率均先减小后增大，且在单一硫酸盐侵蚀作用下质量损失率的减小幅度最大，经60次硫酸盐侵蚀作用后质量损失率达到最小。

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