1、外文资料翻译专 业：模具设计制造及自动化姓 名：指 导 教 师：申请学位级别：提 交 日 期：学位授予单位：国际期刊的精密工程和制造第十三卷,第7号,第1239 - 1242页。2012年7月/1239DOI:10.1007 / s12541 - 012 - 0164 6绿色替代处理技术弹簧定位销的冲压模组Myeong-Sik Jeong1, Sang-Kon Lee1, Ji Hyun Sung1, Kang-Eun Kim1, Shinok Lee2,Kang-Won Lee2, andTae-Hoon Choi1,#1绿色转型技术中心、韩国工业技术研究所,大邱,大韩民国,704 - 23
2、02大邱韩国庆北区域划分、韩国工业技术研究所,大邱,大韩民国,704 - 230#通讯作者/电子邮件:thchoikitech.re.kr,电话:+ 82-53-580-0131 ,传真:+ 82-53-580-0130关键词:绿色制造、可持续生产、多级锻造,弹簧定位销,有限元分析在这个研究中,一个多级冷锻过程为一个弹簧定位销的冲压模组设计通过替代可持续生产过程。高能源和材料消耗过程需要转换成能量保存过程。到目前为止,一个弹簧定位销对冲压模组通常的制造加工过程为了实现较高的尺寸精度。然而,加工过程有一些缺点如过度的物质损失,低生产力和可怜的机械性能。为了克服这些问题,一个多级冷锻过程用于制造弹
3、簧定位销来实现更少的物质损失和更高的生产力。多级锻造过程需要仔细设计措施防止缺陷的最终产品。因此,设计必须考虑材料流在整个过程和装载的压力限制，为了避免产品缺陷如折叠和填充不足。开发多级锻造工艺对弹簧导销成形载荷和材料流动在每一步都分析了使用的商业有限元变形代码。该导销由发展的多级锻造工艺制造,并与仿真结果对比。利用率也是发达锻造工艺和加工过程进行对比。发达过程是一种绿色制造工艺减少材料损耗,这可以达到降低成本通过提高材料的利用率和生产率，相比之下更能广泛使用的加工过程。手稿收到:2011年12月30日/接受:2012年1月25日1.介绍一个弹簧定位销对新闻模组通常是制造通过加工过程如切割和车
4、削为了实现空间的精度和足够的强度。【1】然而加工过程是高能源消耗,因为它使用起来需要很多材料和时间。还需要额外的步骤如热处理以达到必要的强度。图1(b)显示了弹簧定位销通过加工过程产生的,和有关于60%的物质损失和加工过程(图1(a)。制造技术的典范是转向可持续的生产(图2)在这个时代的能源危机。可持续生产是实现通过最小化环境下影响整个生产周期的产品。这样生产设计可以通过最少的生产使用最少的材料和能源之上而产生最小数量的浪费。有多项研究会有关由于制造方法的环境影响。【2-4】图1弹簧导销由加工过程:(一)之前和(b)在加工过程图2范式转变的制造技术2012年7月国际期刊的精密工程和制造第13卷
5、,7号,1240因此,这类能源消耗过程需要转换成一个节能过程。为了这个目的锻造过程是应用于制造弹簧定位销的实现更少的物质损失和更高的生产力。然而一个广泛蔓延的过程由两个壁垒有限:几何精度和强度不够造成的填充不足和折叠等缺陷。 这些障碍是可以克服的如果物质流是完全符合给定的几何形状。在这项研究中,多级锻造工艺对弹簧定位销的一个按模组设计考虑到材料流动使用有限元分析。设计多级锻造工艺对弹簧导杆销成形载荷和材料流动在每一步分析利用商业有限元代码变形。然后,结果会由设计的冷锻过程和原工艺效率的评估开发的过程做对比。2.设计的冷锻过程2.1发展阶段的锻造在冷镦的轴对称物体,最大应变是依赖于数量的形成阶段
6、。为了避免等缺陷在镦粗过程与大翘曲变形,许多成形阶段需要确定基于几何的塑性变形。初始直径(D0)和长度(LT)为弹簧定位销的钢坯是24.5毫米和分别为219毫米。而破坏比s = 10 / D0是2.95塑性变形长度63.5毫米(图3)。这种情况下需要一个双冲程过程。【5】但增加为一个三阶段的过程初始阶段的头直径减少的多级成形性能冷锻过程(图4)。图3初始和目标维度对弹簧定位销图4三阶段锻造工艺对弹簧定位销2.2为有限元分析的条件弹簧定位销的材料是AISI1020,有效应力和应变之间的关系为有限元分析是与Capan and Bran的结果相符的.【6】流动应力可以表达成幂律公式，见公式(1):有
7、限元模拟的多是采用锻造工艺一个隐式有限元代码变形。这个过程是模拟在2 d,因为它是一个轴对称变形模式。这个工件被认为是完美的塑料材料,穿孔和钢模是假定为刚性。一个剪切摩擦系数m = 0.12工件之间和穿孔是用于仿真。冲头速度是100 mm / s和工件的网格数量为3000。表1总结了仿真条件为有限元分析。图5显示了冲头的三个阶段每个阶段过程的形状。多级锻造工艺的半径R是显示在图5(d)。预成型的形状的中间阶段是决定的半径R2第二拳,半径R2决心从仿真结果考虑到装载限制和缺陷在第三阶段。2.3有限元模拟的结果图6是有限元模拟结果的第一和第二阶段锻造过程使用穿孔设计在图5。钢坯的头直径减少到22.
8、47毫米24.5毫米后第一阶段,是证实没有缺陷如装桶和爆炸发生。钢坯的头直径减少到20.16毫米在第二阶段。预测的负载的铁分析待低于250吨装载限制的媒体图6所示(d)。然而这个预成型与R2 = 5导致折叠缺陷在第三锻造阶段如图8。这是由于物料流的在径向方向比在轴向方向更慢。表1模拟条件的有限元分析仿真模式等温几何轴对称冲压速度100 mm/s网格的数量3000摩擦值0.12图5每个穿孔的多级锻造工艺形状国际期刊的精密工程和制造第13卷,7号，2012年7月，1241图6多级锻造工艺的有限元结果图7有限元分析结果:第二穿孔R2= 5图8为第三阶段锻造的粗加工为了避免折叠缺陷的预成型几何的最后阶
9、段需要修改,这是通过重新设计的在第二阶段冲压试验。优化设计的预制块,预成型形状与半径从5 r - 15 r，而设计和观察变形行为结果如图8所示。可以看出折叠缺陷发生在半径为R的第二次冲压低于12 r。 而当半径大于14 r的撞击载荷极限时图9总结了这个结果,多级冷锻的第二次冲压的适当半径确定为13r到12r。3.多级冷锻结果3.1工艺条件实验评估冲床和模具形状的多级锻造实验的有效性，结果如图10所示。第二次冲压的半径设置为12 r和材料的形状在每个阶段显示在图11。没有缺陷如滚磨和爆炸发生在多级锻造过程,没有裂缝和有裂缝发现在最终的产品上。但有少量的反射形成和有限元分析显示了类似的结果(图12
10、)。这样的反射可能影响一生的弹簧定位销,需要做更多的工作最小化反射。这可以通过修改模具的几何形状来实现。图9负载在第三次冲压的函数R2图10穿孔的多级锻造工艺对弹簧定位销图11每个阶段的弹簧定位销国际期刊的精密工程和制造第13卷,7号，2012年7月，12423.2比较开发过程和原始过程表2显示了发达过程比原工艺的改进情况。当发达多级冷锻过程应用于弹簧定位销比一个冲压模组初始坯直径降低了50%,材料使用增加到100%。同样的处理能力是每分钟二百倍的原始过程。这些改进使单位成本下降了50%。换句话说,开发过程是一个节能过程，因为物质损失最小化,使生产原始材料使用减少能源、。图14显示了能量消耗金
11、额之间加工和冷锻生产单个弹簧定位销。计算是通过使用工具与SolidWorks可持续性计算方法符合ISO 1444。当冷锻工艺应用,能源的消耗量可以减少了大约10%。这意味着,发达的过程比加工工艺过程生产弹簧导销更加绿色化。图12最终在的产品上的反射图13弹簧导销(a)和(b)锻造加工结果表2比较的发展进程和原始过程项目原始过程发展过程材料直径5025钢种A283-CAISI1020制造过程机械加工多级冷锻造物料消耗（%）40100生产率(EA/min)1200单价11/2图14原始过程和冷锻加工生产一个弹簧定位销之间能源消耗4.总结在这项研究中,多级冷锻工艺弹簧导针冲压模组开发考虑到在制造周期
12、的节能。这个过程是设计使用铁分析和预成型形状优化的考虑到材料流和装载限制的冲压。合适的半径第二冲头是12r到13r,发达过程通过了实验验证过程的有效性。发达过程是一种绿色制造工艺不仅减少材料损失还节约能源。此外，这个过程通过高材料使用和高生产率达到降低成本相比更广泛使用于加工过程。致谢这项研究是由“在大邱和尚庆北道省技术创新的中小型制造企业” 提供技术支持。参考文献1.Boothroyd, G. and Knight, W. A., “Fundamentals of machining and machine tools,” CRC, 2006.2.Park, C. W., Kwon, K.
13、S., Kim, W. B., Min, B. K., Park, S. J., Sung, I. H., Yoon, Y. S., Lee, K. S., Lee, J. H., and Seok, J., “Energy consumption reduction technology in manufacturing-Aselective review of policies, standards, and research,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 10, No. 5, pp. 151-173, 2009.3.Dahmus, J. B. a
14、nd Gutowski, T. G., “An environmental analysis of machining,” Proc. of IMECE, pp. 643-652, 2004.4.Kang, Y. C., Chun, D. M., Jun, Y., and Ahn, S. H., “Computer-aided environmental design system for the energy-using product (EuP) directive,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 11, No. 3, pp. 397-406, 2010.5.Lange, K., “Handbook of metal forming,” McGraw-Hill Book Company, 1985.6.Capan, L. and Baran, O., “Calculation method of the press force in a round shaped closed-die forging based on similarities to indirect extrusion,” JMPT, Vol. 102, No. 1, pp. 230-233, 2000.11
