相機內鏡筒冷擠壓工藝研究

黃 勝，陳淑婉

(運城學院 機電工程系，山西運城044000)

冷擠壓技術是一種高效、優質低耗的先進近凈成形技術。與熱、溫鍛工藝相比，冷擠壓不僅可以節約生產成本，而且能夠提高鍛件質量，改善作業環境。目前，冷擠壓技術已經在機械、儀表、宇航、軍工等多個部門的工業生產中得到了廣泛的應用［1－3］。然而，相機內鏡筒冷擠壓成形規律復雜，影響因素眾多，給工藝方案的設計帶來了難度［4－6］。本文根據生產實際需要，通過數值分析，揭示了相機內鏡筒冷擠壓成形規律，預測其成形缺陷，為工藝及模具結構的設計提供參考。

1.有限元模型的建立

相機內鏡筒冷擠壓件如圖1所示，可以看出該零件形狀對稱但內外徑變化長，且帶有法蘭邊，零件精度要求較高，本文采用復合擠壓一次成形工藝，并根據擠壓件的形狀采用圓環形坯料，利用大孔徑處上下模的內外徑實現定位，有限元模型如圖2所示。

坯料材料為LY12，模擬中不考慮模具彈性變形對成形結果的影響，設模具為剛性體。相機內鏡筒冷擠壓為潤滑條件下的冷態塑性變形過程，為了簡化計算，近似認為模具與鍛件在成形過程中溫度不變。同時，為了便于處理金屬流動過程中的分流點問題，采用反正切摩擦模型:

圖1 相機內鏡筒零件圖

圖2 1/2有限元模型圖

摩擦因子m取0.12，上模下壓速度取8mm/s。

2.模擬結果分析

相機內鏡筒是一個變截面的軸對稱零件，本文在觀察其速度場時采取二分之一剖面觀察。圖3為成形過程中速度場的分布情況，可以看出，當凸模開始下壓時，與凸模接觸部分的坯料金屬率先發生變形，此處流動速度最大，凸模給金屬一個與接觸面垂直的力，帶動了鄰近金屬向外并向下流動。隨著坯料和模具接觸面積增加，逐漸出現了復合擠壓的特征。此時金屬與凸模接觸的圓角部產生了一個分流點，分流點上方的金屬向上流出凹模，而下方的金屬向下流動，分別充填上下型腔。凸模下壓時，帶動了下方金屬以較大的速度向下運動，而外側靠近凹模壁部分的金屬流動速度則相對較慢。隨后凸模凸臺接觸坯料頂部，坯料頂部金屬改變流動方向，開始法蘭部位的充填。

圖3 速度場

相機內鏡筒在成形過程中的等效應變場分布如圖4所示，可以看出，坯料和凸凹模具圓角接觸部位的金屬率先發生變形，隨著上模的下壓，變形區逐漸擴大并且交匯。成形結束后，坯料和凸凹模具圓角接觸部位的金屬變形最為劇烈，結合速度場可知，由于凸模圓角部位附近的金屬同時向兩個相反方向流動，最容易形成附加拉應力，產生裂紋缺陷。

相機內鏡筒冷擠壓過程的成形載荷如圖5所示，在變形的前期和中期，由于型腔上下腔尚未充滿，金屬的變形類似于正反復合擠壓，流動阻力較小因而變形載荷上升較為緩慢，而在變形后期型腔上腔已完全充滿，金屬的變形轉為正擠壓，流動阻力急劇增加，導致變形載荷急劇上升。成形結束后，最大成形載荷為3990KN。

結論

1)當采用圓環形狀坯料時，相機內鏡筒冷擠壓過程中，坯料中將形成一個分流點，金屬同時向型腔上、下腔流動，其變形類似于正反復合擠壓，待上腔首先充滿后，變形轉為正擠壓，直到變形結束。成形過程前期和中期載荷上升較慢，成形后期則急劇上升。

2)凸模圓角部位附近的金屬由于附加拉應力的作用，容易產生裂紋缺陷。

圖5 成形載荷曲線

3)通過有限元模擬得出了相機內鏡筒冷擠壓過程的場量信息和成形規律，對相機內鏡筒冷擠壓工藝的研究具有重要的理論和實際價值。

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