基于数值模拟的厚板精冲挤压过程分析.pdf

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1、文章编号：1672—0121f2011)04—0071—02基于数值模拟的厚板精冲挤压过程分析赵军。易际明(厦门理工学院机械工程系，福建厦门361024)摘要：针对厚板精密冲裁过程存在的缺陷(塌角与毛刺等)，基于Deformed2D分析了10nqm厚钢板精密冲裁过程中双齿V形压料板对冲裁质量的影响。采用V形压料板可在一定程度上减小塌角的高度，但不能完全消除。随后采用精冲挤压方法对这一厚板的成形过程进行了分析，结果表明：采用精冲挤压成形工艺后，厚板零件表面塌角得到了完全消除，零件质量得到提高。关键词：机械制造；精冲挤压；厚板；数值模拟中图分类号：TG386．2文献标识码：B1引言据材料

2、厚度、力学性能、齿圈位置等因索取1．6ram，精密冲裁是在普通冲压技术的基础上发展起来刃口到齿圈顶的距离3ram。凹模、凸模刃尖处设计的一种冲裁方法，可以取代扁平类零件的切削加工，0．2mm的小圆角，以抑制裂纹的发生，限制断裂面的具有优质、高效、低耗、面广的特点]。它是通过精冲形成，有利工件断面的挤光。模具单面间隙取模具，在专用压力机或改装的通用压力机上，使板料0．1mm。施加反顶在三向压应力状态下沿着所需要轮廓进行纯剪挤分压力，减小材料在、／—————一离，能得到精度高、光洁、翘曲小、垂直度和互换性好成形过程中的弯的高质量冲压零件。由于剪切表面光洁而且尺寸精曲l7l。建立的精冲度高

3、，故可以直接用作一般机器零件的：[作面。精冲数值模拟模型如技术，特别是薄板精冲，目前已经比较成熟，但是，对图l所示。采用轴于厚板精冲的理论却还不完善，且存在不可避免的图l精冲有限元模型对称模型，将坯料缺陷如塌角、毛刺等I。设为塑性体，其他工具设为刚性体，忽略模具变形。精冲挤压是由精密冲裁工艺发展而衍生的一种模拟基本参数如下：复合工艺成形，它综合利用了精密体积成形和精密(1)工件材料42CrMo4，本构关系模型冲裁两种工艺的特点，成形后(与厚板精密冲裁相否，l，)比)零件表面质量更高，性能更优良。通过挤压，金属式中：——流动应力；在三个方向压应力作用下，从模孔中挤出或流人模——等效塑性

4、应变；腔内不但可以提高金属塑性，生产复杂截面形状的。——等效塑性应变速率；制品，而且可以提高锻件精度，改善零件力学性能，卜温度，本文中，没有考虑温度变化对材料提高生产率，节约材料。的影响。(2)材料损伤模型Coekrofl&Latham，其损伤2精密冲裁模拟分析值C：2．1有限元模型建立与参数设置材料42CrMo4钢，采用双齿v形压料板，在齿C：嬖JO＼／圈压板、凹模上分别设计v型凸台。齿圈高度h依式中：等效应力；水_一最大应力，当最大主应力≥0基金项目：厦门市科技计划项目(3502Z20103040)=l，当l<0时，ov*=O；收稿日期：2011—05一O3厂材料发生断裂时的应变

5、；作者简介：赵军(1973一)，男，博士，讲师，从事模具CAD／CAM／CAE的教学与研究否——等效应变。(3)摩擦边界条件：摩擦模型采用剪切模型，即：普通精密冲裁模具结构对比，凹模由"i'e=mk=m两部分构成，一部式中：m——剪切摩擦因子，取m=0．12；分为可移动的下压——屈服极限。边圈，开始阶段起(4)成形速度：V-．~10mroJs。反压顶板的作用，图6精冲挤压模型2．2模拟结果与分析减小精密冲裁过程采用双刃口齿圈，工件平均应力分布模拟结果中材料的弯曲，同如图2所示。冲裁后工件断面情况如图3所示。从压时增加压应力。后边圈开始压入时产生静水压应力，随着压下量的增一阶段，与下模

6、构加静水压应力增大，当齿高全部压下时，静水压应力成整体，作为挤压达到最大，压边完成后，最大平均应力一1060MPa。一模具。下模的下部般来说，静水压应力越大，对精冲质量越有利。塌角尺寸设计成比上部高度0．52mm，光亮带高度约8．11mm。较无刃口齿圈尺寸正好小一个模压板时，断面质量得到了提高。具间隙。精冲挤压过程S*08s．Me8“A=，'oB08：．8分为三个阶段，如C：5明E=一l18图7所示。第一阶G：3髓H：509段双刃口齿圈压人I=g图7精冲挤压成形过程工件，完成压边过图2齿圈压人工件平均应力分布程，以产生强烈压边作用力，使塑性剪切变形区形成对比分析冲裁三向压应力状态，增

7、加变形区及其邻域的静水压力，后工4~-等效应力分阻止剪切区以外的金属，在剪切过程随凸模流动，从布情况如图4、图5而在剪切区内产生压应力，使精冲过程类似于挤压所示。可以看出，采变形的塑性流动，这一阶段与精密冲裁过程相同。第用gT．刃口齿圈冲裁二阶段凸模切人材料，材料开始发生分离，随着凸凹时，其应力主要分布模进人材料深度增加，材料开始被挤压，直到材料完全在齿圈附近及以下分离。第三阶段为材料发生挤压变形，被完全挤入下模图3冲裁后断面情况区域，无齿圈压板冲型腔，多