0 引言

沖壓（板料成形）和鍛造（體積成形）是2個主要的金屬塑性成形工藝，二者在工藝方法、工裝模具及成形設(shè)備等方面存在巨大差異

。隨著對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化、緊湊化及降低成本等方面的要求不斷提高，近年來出現(xiàn)了將沖壓和鍛造進行“復合”的工藝，即對板料局部進行鐓粗或擠壓等體積成形，使材料發(fā)生多向塑性流動并得到附加幾何特征，稱為“沖鍛成形”或“板料體積成形”（sheet-bulk metal forming，SBMF）

。沖鍛成形打破了常規(guī)塑性成形工藝的界限，同時從根本上改變了一些傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計思路

。該方法材料利用率高、對模具與設(shè)備無特殊要求，不僅具有傳統(tǒng)塑性成形工藝的優(yōu)點，而且可獲得復雜的輕量化結(jié)構(gòu)。與精鍛等體積成形工藝相比，成形力更小、生產(chǎn)成本更低，因此近年來得到了廣泛的關(guān)注

。

綜上所述，臨床針對腎結(jié)石患者在選擇手術(shù)方案時，需要依據(jù)腎結(jié)石患者具體情況合理選擇輸尿管軟鏡碎石術(shù)以及經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)，提高腎結(jié)石患者的治療效果及生活質(zhì)量。

同步環(huán)（synchronizer ring）是汽車變速箱內(nèi)的關(guān)鍵零件，傳統(tǒng)的同步環(huán)是以鋼或銅合金為材料，采用精鍛成形。近年來，出現(xiàn)了基于板料沖鍛成形的新形式同步環(huán)（見圖1），由于沖鍛成形在材料力學行為上與傳統(tǒng)塑性成形存在較大的差異，有必要認識板料成形過程的相關(guān)規(guī)律。該板式同步齒環(huán)在沖鍛成形過程中，板料在上、下模的共同作用下填充齒腔，齒部發(fā)生較大的局部體積變形，其填充不足是常見的缺陷，對制件成形質(zhì)量將產(chǎn)生不利影響。由于制件形狀、模具結(jié)構(gòu)、材料以及成形溫度等方面無法進行大調(diào)整，此時摩擦控制成為解決齒部填充問題的關(guān)鍵因素，現(xiàn)探討摩擦對板式同步環(huán)沖鍛成形過程中齒部填充的影響。

1 板式同步環(huán)成形分析模型

圖1所示的板式同步環(huán)包括27個斜齒與3個彎曲成形的凸鍵，材料為2 mm厚的16MnCr5鋼。由于沖鍛成形過程中齒部金屬發(fā)生體積成形，采用體積成形的數(shù)值模擬軟件DeForm-3D進行分析。板料有限元模型如圖2所示，采用四面體單元。由于齒部體積變形量較大，需要對板料上的相應網(wǎng)格進行細化，細化比例因數(shù)為0.1。

此外，黑水虻幼蟲體內(nèi)還發(fā)現(xiàn)了大量其它的抗菌物質(zhì)，例如月桂酸、蛋白酶、P450解毒酶、水解酶等，經(jīng)免疫反應產(chǎn)生的BF64抗菌蛋白和BD2抗菌蛋白，具有特別強的抗菌能力，是青霉素的幾百倍。黑水虻幼蟲體內(nèi)豐富的抗菌物質(zhì)，使其在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，可以開發(fā)制備更多具有抗菌、保健的醫(yī)藥產(chǎn)品。

與此同時“現(xiàn)代藝術(shù)”和“新建筑運動”的產(chǎn)生和發(fā)展，也為現(xiàn)代美術(shù)館的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。新建筑運動提倡的“形式追隨功能”，使建筑師開始了對美術(shù)館教育功能的思考；現(xiàn)代藝術(shù)的介入也對美術(shù)館展示空間提出了新的要求。在這一時代背景下，具有紀念性的廟堂空間形態(tài)與具有消費屬性的市場空間形態(tài)走向“合流”。

圖7所示為不同摩擦條件下成形的載荷與行程關(guān)系，隨著

增大，載荷也增大，但前期差異較??；后期隨著載荷急劇增大，不同

的載荷-行程曲線差異增大。當

=0.08時，最大載荷數(shù)值最小，約827 kN；當

=0.3時，最大載荷達1 288 kN。

2 結(jié)果與討論

2.1 摩擦對齒部金屬填充的影響

摩擦增大后，模具零件在齒根與齒尖位置對板料產(chǎn)生更大的作用力，促使材料向齒腔內(nèi)流動，填充能力得到提高。從圖6可見，成形時多余的金屬主要向齒中心及外側(cè)流動，隨著摩擦增大，材料向中心和外側(cè)流動的速度降低。因此，摩擦抑制了齒部材料向其他方向的流動，提高了齒腔內(nèi)成形時的靜水壓力，從而提高填充率。事實上，齒腔外側(cè)壓邊圈與板料之間的摩擦起到了傳統(tǒng)鍛模飛邊槽的阻力作用。

圖8所示為齒腔內(nèi)、外區(qū)采用不同摩擦因數(shù)的調(diào)整方案，其中外區(qū)與板料之間的摩擦因數(shù)采用較大數(shù)值（

=0.3），而內(nèi)區(qū)采用較小數(shù)值（

=0.08）。圖9所示為摩擦分區(qū)調(diào)整的模擬結(jié)果，表2所示為不同成形條件下的填充率。與圖4相比，成形后未填充區(qū)域較小，齒部填充總體上優(yōu)于圖4中

=0.08、0.12及0.2的情況，相比

=0.3時齒部填充率也有一定的提升（從97.6%增加到98.7%）。

成形模包括上模、下模、壓邊圈和頂件器，如圖3所示。板料設(shè)為塑性體，模具設(shè)為剛體，成形溫度為室溫，成形時上模以1 mm/s的速度向下運動，摩擦分析采用常摩擦模型。為比較摩擦條件對壓齒成形過程齒部填充效果的影響，結(jié)合實際模具狀態(tài)，摩擦因數(shù)

分別取0.08、0.12、0.2和0.3進行模擬。成形模擬結(jié)束后，利用Geomagic Studio軟件測量制件齒部的材料體積，精確比較不同摩擦條件下的齒部填充率。

模具零件與板料接觸表面采用不同摩擦條件模擬，得到的齒部填充結(jié)果如表1和圖4所示，模具單個齒腔的體積為12.71 mm

。從表1可知，隨著

增大，齒腔填充率不斷增加，這說明在壓齒過程中增大表面摩擦系數(shù)有利于齒腔的填充，齒部成形更加飽滿。這與普通模鍛中摩擦因數(shù)越小越利于填充相矛盾，需做進一步分析。

由圖7并根據(jù)掃描電鏡分析：產(chǎn)品中值粒徑在12.28～12.71μm之間波動，產(chǎn)品中值粒徑隨攪拌速度的增大基本沒有改變，產(chǎn)品粒徑分布與表面形貌隨攪拌速度的增大也基本沒有變化。反應結(jié)束后取出冷卻，數(shù)分鐘后晶體析出，產(chǎn)物未出現(xiàn)團聚，顆粒大小較均勻，表面形貌完整均呈片狀。綜合以上諸因素，選擇100r/min為最優(yōu)攪拌速度。

2.2 齒部填充優(yōu)化方案與驗證

綜合上述分析，可將同步環(huán)壓齒模具與板料的接觸區(qū)分為兩部分：齒腔內(nèi)模具與板料的接觸區(qū)（內(nèi)區(qū)）以及壓邊圈與板料的接觸區(qū)（外區(qū)）。內(nèi)區(qū)摩擦對齒部填充的影響與傳統(tǒng)模鍛類似，即摩擦越小越有利于填充；而外區(qū)摩擦阻礙了材料外流，增大了齒腔內(nèi)靜水壓力，因此可提高齒部填充能力?；诖嗽恚岢瞿Σ练謪^(qū)調(diào)整和設(shè)置阻力臺2種優(yōu)化方案。

不同

值壓齒成形時，齒部填充后期的等效應力分布與金屬流動情況分別如圖5和圖6所示，齒腔上表面的等效應力分布較均勻，而根部與齒尖部分存在較大差異。對比圖4和圖6可知，齒根與齒尖是填充不滿的主要部位。當摩擦較小時（

=0.08），齒尖外表面的等效應力較小，說明此時模具零件對板料的作用力偏小；隨著

增大，等效應力逐漸增大，當

=0.3時齒腔填充率達到最高。

在模具周圍設(shè)置類似飛邊槽的阻力臺也可達到阻礙金屬外流的效果，圖10所示為有、無阻力臺的2種模具模型，其成形結(jié)束后齒腔的填充對比如圖11所示，

統(tǒng)一設(shè)為0.08。從表2可知，增加阻力臺后齒腔填充率達到99.4%。因此，摩擦分區(qū)調(diào)整及增加阻力臺2種方法均能提高齒腔的填充率。

不同成形條件下的載荷-行程曲線如圖12所示，摩擦分區(qū)調(diào)整的載荷-位移曲線接近整體

=0.08時，成形最大載荷僅為940 kN；而采用增加阻力臺成形最大載荷達到1 235 kN，遠高于其他成形條件下的值。

3 結(jié)束語

針對某型號板式同步環(huán)沖鍛成形中齒部存在填充不足問題，分析了不同摩擦條件下制件齒部的填充性，提出了摩擦分區(qū)調(diào)整和設(shè)置阻力臺的解決方案并加以驗證。與傳統(tǒng)鍛造等體積成形不同，沖鍛成形由于模具結(jié)構(gòu)與材料流動變形的特殊性，減小模具零件型面的整體摩擦反而會不利于齒部材料的填充。

當摩擦因數(shù)為0.08時，齒部填充率為92.8%；當摩擦因數(shù)為0.3時，填充率則可以達到97.6%。將模具零件與板料的接觸區(qū)分為齒腔內(nèi)區(qū)和壓邊圈與板料的接觸外區(qū)，減小內(nèi)區(qū)摩擦與增大外區(qū)摩擦均有利于齒形填充，齒部更加飽滿。此外，采用阻力臺也有助于增大金屬向外流動的阻力，提高齒部填充能力，但工作載荷有較大提高。

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