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轉發自：第25卷 第3期 蘇州市職業大學學報 Vol.25，No.3

2014年9月（yuè） Journal of Suzhou Vocational University Sep. ，2014

作者（zhě）：談正光1，陳 偉2，張 雨2

(1.無錫鵬德汽車配件有限公司 工程技術部，江蘇 宜興 214211； 2.南京工程學院 汽車與軌道（dào）交通學院，江（jiāng）蘇 南京 211167)

以純剪切方式使材 ৽঻ᶯ 料實（shí）現（xiàn）分離衝裁.

精衝模具工藝過程大（dà）體分為4個階段[2]. pg৽঻࣋

1) 彈性變形階段（duàn）.衝孔工作開始，凸模（mó）接觸（chù）材 ഴ㋴ߨᐛ㢰৕⨼ഴ 料前施壓，使材料產生彈性壓（yā）縮而在凸模周圍發生材料聚集，形成不大的環狀突起.

2) 塑性變形階段.凸模（mó）及壓（yā）料板施加大壓力（lì），達到材料的屈服點（diǎn），材料向孔周圍流動並開始擠入凹模（mó），產生定向（xiàng）塑性（xìng）流動.

3) 剪切變形階段.當凸模繼續下行，材料停止向孔周圍流動，而大量擠入凹模洞口.此時（shí）凸模刃口部分的材料達到材料的抗剪強度.故首先在發生應力集中的鋒利刃口處產生顯微裂紋，但沒有剪裂.

4) 剪裂變形（xíng）階段.凸模下行到一定（dìng）程度，顯（xiǎn）微（wēi）裂紋在金屬材料內部擴展，並使材料沿凹模刃口出現剪切裂紋（wén），開始斷裂.

2 精衝工藝的（de）力學特（tè）性

精（jīng）衝工藝的力學特性如圖2所示，圖2中，S表示材料厚度.

當凸（tū）模進入材料厚度的1/3時，衝裁力最大.本文的分析都是在

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談正光等：基於Abaqus的齒圈（quān）壓板精衝工藝有限元分析 2014年（nián）第3期

最（zuì）大衝裁力下進（jìn）行.模具在工作過程中，其受力情況非常複雜，主要存在衝裁力、壓邊力、反壓力的作用.

1） 衝裁力是成型產品（pǐn）零部件所需要的力，影響衝裁力的因素主要（yào）有零件尺（chǐ）寸、材料的機械性能、材料厚度等，計算公式為

ps=Lt Sσb f1， (1) 式（shì）中：ps為衝裁力；Lt為（wéi）剪切線周長（zhǎng）；S為（wéi）材料厚度；σb為抗拉強度（dù）；f1為係（xì）數（shù），f1=0.6～0.9.

2） 壓邊力阻止（zhǐ）材料在剪切區內撕裂（liè）和金屬的橫向流動，以獲得光潔的剪切麵，計算公式為 pR=0.5ps. (2)

3） 反壓力在（zài）精密衝裁過程中，不但提供靜（jìng）水壓應力，而且還防止板料在加（jiā）工過程發生（shēng）彎曲.反壓力太小則板（bǎn）料在加工過（guò）程容易彎曲，而且（qiě）精衝（chōng）質量也不好；反壓力太大則衝裁力增大，增加（jiā）了模具的載（zǎi）荷.反壓力計算公式為

pc=0.2ps. (3)

3 精衝工藝的有限元分析

有限元法是以計（jì）算機為工具，根據（jù）變分原理求解數學（xué）和物理問（wèn）題的一種現代數值計算方法.本文采用剛塑性有限元法對精衝加工過程進行仿真模擬（nǐ）.把（bǎ）變形區離散（sàn）成多個單元（yuán），取一個無限小（xiǎo）的正方體單元，分析該單元的應（yīng）力狀（zhuàng）態，如圖3所示.

圖（tú）3中，py為凸模作用（yòng）於（yú）材料的衝壓力 py=p'y+py''，p'y為頂件反力，py''為衝裁力.pv為

V形齒內（nèi）邊（biān）作用於（yú）材料的力；N為作用於材

料的側向（xiàng）力；Fx，Fy分別為模具表麵作用於材料的摩擦力. σy是由py引起（qǐ）的（de）正（zhèng）應力；σvx，σvy分別由pv在x方向的分量pvx和y方（fāng）向的分量pvy引起的正應力（lì）；σn為模具等對材料（liào）的約束作用而引起（qǐ）的正應力（lì）.

實現精衝技術的關鍵是在變（biàn）形區建立靜水壓應力狀（zhuàng）態方程，靜水應力可以表示為

   m   x  y z  ， (4) 則精衝工（gōng）藝過（guò）程中變形區的靜水壓應力為（wéi）

 m     vx    n y vy z  . (5) 因此（cǐ），隻要改變式(5)中右邊各項的（de）數值，就可（kě）以達到提高靜水壓力的目的，進（jìn）而能提高精衝件的質量（liàng）.

4 Abaqus軟件仿真（zhēn）過程

某汽車排氣係統不鏽（xiù）鋼厚法蘭如圖4所（suǒ）示，對其利（lì）用（yòng）Abaqus軟件進行精衝工藝有限（xiàn）元分析[7- 12].由於現有分析軟件中沒有針對精衝工藝的分析模塊，本文根據精衝工藝力學特性並結合有限（xiàn）元理論，構造精衝工藝的（de）有限元模型並進行分析.

圖5為不鏽鋼厚法蘭件精衝工藝簡易模具三維圖，圖中央部分（fèn）表示初（chū）始平板坯料，其餘部分表示凸模、凹模及壓邊圈等.

圖6為有限元網格模型.針對（duì）精衝工藝中模具上（shàng）的重要（yào）部位（wèi），如（rú）模具刃口、齒形壓扁圈等，零件網格將局部細化（huà），以提高模擬精度；針對 ഴу䬾䫘⌋ަԬ

第25卷 蘇州（zhōu）市職業大學（xué）學報

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受力較小或者受力較均勻的部位（wèi），網格劃分將較粗略，以提高計算速度.

利用式(1)～式(3)分別計算法蘭（lán）件的衝裁力（lì）、壓邊力和反壓力（lì），並在（zài）有限元分析中（zhōng）添加約束力及約束位移，使（shǐ）圖6中的有限元網格模型能夠模擬精衝工藝過程中的力學狀態.研究表明[6]：在（zài）精衝過程中，提高變形區的靜水壓應力可以很（hěn）好（hǎo）地改善精衝（chōng）件質量.為此本文使用10個精衝行程步（10%，20%，⋯ ，

100%行程），用（yòng）變形區內各個單元的靜（jìng）水壓應力均（jun1）值來衡量不同工藝（yì）參數對精衝質量的影響（xiǎng）.圖7、圖8 分別為（wéi）精衝行程20%和50%時（shí）靜水壓應（yīng）力雲圖.

以模具間隙為變量（liàng），以（yǐ）精衝過程中靜水壓（yā）應力均值為衡量（liàng）精衝質量的指標（biāo），探討不同（tóng）模具間隙對精衝件質量的影響.從圖（tú）9中模擬結果數據可以看出，對於（yú）圖4所示的不鏽鋼法蘭件，模具間隙為0.3 mm時，精衝件的質量較好.這一結論與企業加工（gōng）實（shí）際件的工藝參數設置（zhì）相吻合，實際精（jīng）衝件質量較好（光潔麵寬度≥ 80%，塌角≤ 10%～25%料厚（hòu）），

證明模（mó）擬結（jié）果（guǒ）的有效性. ⁑ާ䰤䳉mm

5 結論

1) 分析了精衝工藝的基本原理及力（lì）學特性，為建立精衝工藝模擬的力學模型提供了基礎.

2) 結合有限元理論及精（jīng）衝工藝的關鍵技術，以Abaqus軟件為（wéi）基礎，對汽車排氣係統不鏽鋼厚法蘭件進行了有限元（yuán）模擬仿真.

3) 通（tōng）過提取並處理仿真結果數據，能夠有（yǒu）效地判斷精衝工藝各種參數設置對精衝工藝質量的影響.針對（duì）不鏽鋼厚（hòu）法蘭的精衝參數（shù）分析，當模具間隙為0.3 mm時，精衝質量較好.

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(責（zé）任編輯：李（lǐ） 華（huá）)

(上接第21頁)

作（zuò）為示例，此外，還在每個（gè）學號文（wén）件（jiàn）夾中生成了一個“ XX批改報告.txt”，圖5選取第3位學生的（de）批改報告作為示（shì）例.

ᬃOHF[(Ⲻ⭕ᆜփࢃഴ֒從ᡆ㔟 ഴㅢփᆜ⭕Ⲻ᢯᭯ᣛ઀

4 結論

在PC上，一次自動批改30道（dào）Excel操作題共耗時約2 min，而（ér）人工批改耗時約2 h，相（xiàng）比（bǐ）人工批改，效率提高了約60倍，若PC配（pèi）置更高，則耗時更少，效率更（gèng）高.隻要涉及Excel軟（ruǎn）件操作，無論是作業（yè）練習，還是考試考核，均可借助該程序框架輕鬆實現針（zhēn）對具體Excel操作題的自動批量批改或判卷程序. 參考文獻：

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(責（zé）任（rèn）編輯：李 華)