叶 凯，林娜
（漳州职业技术学院，福建漳州363000）
摘要：铝质易开盖的成形过程较复杂，精度要求高，采用非圆坯料可克服冲压过程中突耳带来的尺寸误差，提高封口质量，在dynaform环境下，通过数值模拟可较精确、迅速得到盖体毛坯的优化形状。为精密冲压的毛坯设计提供了一种有效的方法。
关键词：冲压；毛坯；模拟；优化
中图分类号：TB24；TB482.2文章编号：1007 - 7235( 2016) 02 - 0065 - 04
铝质易开盖以其使用方便、环保的特点广泛应用于食品、饮料、啤酒等包装容器上，易开盖坯料的冲裁及基盖的成形关系到其生产效率及后续的封口质量，坯料的优化设计是其关键技术之一。
1 易开盖工艺流程
易开盖的主要原材料是5284-H19铝合金薄板，其生产工艺流程由两部分组成，即基盖的生产工艺流程和成品盖生产工艺流程。这两部分生产工艺流程是相对独立的，基盖是半成品，进一步加工成为成品盖。
1.1 基盖的生产工艺流程
基盖工艺流程：盖材开卷→卷坯冲裁及成形→卷边→盖沟注胶→包装。
基盖产品图如图1所示。
1. 2成品盖工艺流程
成品盖生产工艺流程：基盖→铆钉成形→加强觞成形→刻痕→拉环铆合→刻字→打拱→包装。
成品盖产品图如图2所示。
2 基盖成形过程及模具结构
2.1 基盖成形模具结构
由上述工艺流程可以看出，决定易开盖形状的工序是基盖工艺流程中的卷坯冲裁及成形，该工序的模具结构如图3所示。
2.2基盖成形过程
剪切与拉伸凸模与硬质合金切刀将送进模区的5184铝合金板材冲压冲剪出毛坯并成形（如图4）。
成形后的盖坯经过卷边后成为图1b所示的基盖。
3 基于dynaform的基盖坯料优化
金属板材具有厚向异性和平面各向异性，板材轧制时的方向性决定其平面内各方向的厚向异性系数是不同的，冲压成形时将产生毛坯变形的不均匀分布，形成突耳，这种变形的不均匀将影响图1b中b和h2这两个尺寸的控制，而这两个尺寸将影响盖体和罐体的封口质量。易开盖的毛坯设计及成形必须充分考虑该因素。
3.1 圆形坯料成形的主要缺陷
由于冲压成形过程中材料的塑性变形行为较复杂，冲压成形过程中，圆形坯料上的应力、应变分布情况非常复杂，从基盖的成形过程看，基盖的成形是拉伸、胀形、弯曲等多种变形方式的组合过程，是一个非常复杂的、多重非线性的力学过程。在这个过程中影响因素很多，包括材料的成形性能、板料初始外形和尺寸、模具几何形状，目前还没有很好的方法来精确地计算毛坯形状，有限元法是一种计算精度高，使用便捷的方法。首先建立直径为ɸ76.12 mm、厚度为0.28 mm圆形毛坯的三维模型，模型导人dynaform，在划分网格单元、检查网格质量、进行成形参数设置后，将5182-H19铝合金材的力学性能参数（见表1）赋予三维模型，根据图3基盖模具总成结构，对毛坯模型进行冲压过程仿真( Formability)，在板料成形的数值模拟中，影响成形结果的主要工艺参数有冲压速度、压边力以及摩擦因数，为验证该模拟方法的准确性，模拟过程采用实际生产中的冲压参数，未卷边基盖（如图1a所示）模拟结果如图5所示，成形后未卷边基盖模型轮廓边缘呈非圆形、波浪状，其最大直径D max为71. 729mm，最小直径D min为70. 975 mm，最大直径差为0.754 mm，最大半径差即为0.377 mm。
根据铝质易开盖两片罐国家标准( GB/T 9106.1- 2009)，卷边后盖体（如图1b所示）钩边高度h1为2. 01 mm +0. 20 mm，钩边开度b≥2.72。显然，半径差为0. 377 mm的未卷边基盖，再经过卷边变形后，其钩边高度h1、钩边开度b难以满足国标要求。
3.2坯料形状优化
为使成品h1、b的尺寸达到国标要求、提高罐盖封口质量，只有两条技术途径：①对未卷边盖体突耳进行修整；②优化毛坯形状，减小成形后边缘轮廓的尺寸误差。第一条途径需要增加工序，降低了生产效率，第二条途径需模拟计算，改进冲裁模具形状。由于易开盖成形属精密冲压，毛坯变形量小，可以采用第二条技术途径来提高成形后边缘轮廓的尺寸精度。
板材具有平面方向性，即板材平面内的力学性能与方向有关，该特性能够引起毛坯变形的不均匀性，明显表现在工件口部形成突耳现象。在板平面内不同方向上力学性能的各项指标中，板厚方向性系数r对冲压成形性能影响较大，厚向异性系数r在与轧制方向成不同角度时表现为不同的数值，与轧制方向成00、45 0、900其数值分别为0. 62、1. 58、0.52，其板平面各向异性系数△r为-1.01，也就是说，铝板冲压变形时，将在与轧制方向成450的方向产生最大突耳，900方向次之，00方向最小。
由于基盖在成形过程中变形量不大，根据铝材各向异性的特点，将毛坯设计成非圆形状是解决材料变形不均匀性与尺寸精度控制的有效方法。
根据铝板材厚向异性系数r在不同角度的分布以及圆形坯料的模拟成形的变形结果，经多次反复模拟，非圆毛坯在各个方向的尺寸确定如图6所示。
采用上述尺寸毛坯模型在dynaform进行模拟冲压，未卷边基盖最终模拟结果如图7所示，成形后模型的边缘轮廓颜色呈较均匀状态，其最大半径差为0.29 mm。
采用上述尺寸的实体毛坯进行冲压成形，再经过卷边变形后，其钩边高度h1、钩边开度b完全可控制在国标要求的公差范围内。
3.3模具设计要点
毛坯设计成非圆形状，与圆形毛坯相比，其模具总成中的剪切与拉伸凸模、硬质合金切刀（见图1）的配合就必须有精确定位，而不是任意角度的配合，否则将会干涉，一般可采用角度非均布的定位销或装配螺丝。
4 结束语
毛坯初始形状对冲压成形结果有很大的影响，冲压成形过程中材料的塑性变形行为较复杂，Dy-naform运用计算机模拟冲压成形过程，预测板料的变形结果，通过模拟、优化成形工艺，并通过数次的模拟验证使冲压成形结果满足要求，从而设计出合理的毛坯形状。相对于传统的试模过程，用计算机进行仿真模拟，有效降低了设计和制造成本，提高成形质量和生产效率。
非圆毛坯适合于毛坯成形变形量较小、精度要求较高的精密冲压，如果毛坯变形量较大，毛坯形状的改变很难消除其产生的突耳，突耳现象还需用切口加以修整。
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