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轉發自：第25卷 第3期 蘇州市職業大學學（xué）報 Vol.25，No.3

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

作者（zhě）：談正光1，陳 偉2，張 雨2

(1.無錫鵬（péng）德汽車配件有限公司 工程技術部，江蘇 宜興 214211； 2.南（nán）京工程學院 汽車與軌道交通學院，江蘇 南京 211167)

摘 要： 利用有限元方法模擬精（jīng）衝工藝的（de）過程（chéng），用處（chù）理後（hòu）的模擬結果分析精（jīng）衝工藝參數對精衝（chōng）成形（xíng）件（jiàn）質量的影響.分（fèn）析精衝工藝過（guò）程的基（jī）本原理及力學特性；結合（hé）精衝工藝的技（jì）術關鍵，建（jiàn）立變形區靜水壓應力狀態方程（chéng），利用Abaqus有限元分析軟件，針對汽車排氣係統不鏽鋼厚法蘭件，建立有（yǒu）限元（yuán）網格力學模型，並模擬整個精衝過程；通過提取並計算精衝（chōng）過程中（zhōng）10個行程步上（shàng）靜水壓應力的均值（zhí），衡量不同參（cān）數對精衝質量的影響.分析結果得出：以不鏽鋼厚法蘭精衝工藝中模具間隙為參數變量，當模具間隙為0.3 mm時，精衝質量較好.

關鍵詞： 精衝；有限元模（mó）擬；靜水壓應力

中圖分類號：T G38；O242.21 文獻標誌碼：A 文章編號：1008- 5475(2014)03- 0039- 05

The Finite Element Analysis of Ring Gear Gag Fine-blanking Based on Abaqus

TAN Zheng-guang1，CHEN Wei2，ZHANG Yu2

(1.Center of Engineering Technology，Wuxi Pengde Vehicle Parts Co.，LTD.，Yixing 214211，China

2. School of Automotive and Rail Transit，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167，China)

Abstract：The finite element method is introduced to simulate the process of fine blanking，then the simulation result to analyze the infl uence of the fi ne blanking process parametres on the quality of fi ne blanking forming parts. Firstly，the basic principle and the mechanical properties of fi ne blanking process are analyzed. Secondly，the fi nite element mesh mechanics model is set up for the thick stainless steel fl ange of the automobiles exhaust system by combining the key technologies of fi ne blanking process，and using the abaqus fi nite element analysis software. Finally，the mean values of hydrostatic stress in 10 steps of the whole fi ne blanking process are extracted and calculated after the whole process of fi ne blanking is simulated to evalsuate the infl uence of different parameters. The die clearance of fi ne blanking process is considered to be a variable. When the die clearance is

0.3mm，the quality is better.

Key words：fi ne-blanking；fi nite element simulation；hydrostatic stress

精衝是（shì）在普（pǔ）通衝壓基礎上發展起來的一種先進加工技（jì）術，由於其具有產品質量好、生產效率高、生

產成本較低等優點而得到廣泛的應用.精衝（chōng）成形過程是一個複雜的力學過程，涉及彈性變形（xíng）、塑性變形、損傷軟化和韌性斷裂等，因而精衝模具壽命相對較低；同時，不同的工藝參數對衝切斷麵質量、尺寸（cùn）與形

收稿日期：2014- 06- 02；修回日（rì）期：2014- 06- 28 基（jī）金項目（mù）： 宜興（xìng）市科技成果產業化項目(20130422065315)；無錫鵬德（dé）汽車配件（jiàn）有（yǒu）限公司產學研合作項目(PD20130202) 作者簡介： 談正光(1969- )，男（nán），江蘇（sū）宜（yí）興人，工程師（shī），主（zhǔ）要從事（shì）鋼板衝壓件及拉伸（shēn）件精密成（chéng）型技術研（yán）究.

第25卷 蘇州市職業大學學報

狀精度有很大的影響（xiǎng）.因此，選擇合理的精衝工藝參數不但直（zhí）接影響著精衝模具的壽命，同時也影響著精衝產品的質量和生產效率.

隨著精衝技術廣泛應用，精衝零件也向大、厚、硬、精等方向發展，技術難度不斷地增大（dà）.由於計算機技術（shù）的不斷發展和成熟，使用有限元分析方法模（mó）擬精衝加工過程（chéng），既可以縮短模（mó）具的設計（jì）製造時間，又（yòu）可以進一步優化精（jīng）衝工藝（yì）的參數配置，節約了成本，提高了效率.為此，國內外的學者針對精衝工藝做了（le）許多相關研究.Lee等[1]采用剛塑性有限元法對精衝剪切（qiē）進行了模擬，分析其應力、應變分布，對裂紋的產生進行了預測；賈建軍等[2]對精衝進行了韌性斷裂理論分（fèn）析，並對（duì）軸對稱精衝（chōng）件的成形過程進行了二維數值模擬；Zheng[3]開發了更新拉格朗日熱力（lì）耦合二維有（yǒu）限元程序和特殊設計的局部（bù）網（wǎng）格再劃分程序，分析了靜水壓力、熱效應、材料（liào）損傷、塑性（xìng）應變、應變率集中對精衝過程的（de）影響；Sutasn Thipprakmas[4]利用（yòng）有（yǒu）限元模擬方法結合田口技術和方（fāng）差分析（xī）技術（shù），研（yán）究了V形齒圈壓板的（de）參數（高度、位置和角度）對精衝過（guò）程的影響（xiǎng）；方剛等[5]對精衝的韌性斷裂進行了數值模擬，預測了裂紋的產生和擴展.

經過長時間的發展，有限元分（fèn）析（xī）方法已經被應用到工程分析的（de）各個方麵，較為成熟的有限元分析軟件包括ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC.對普通衝壓成形工藝，一些公司開發了單獨分析軟件，如 Autoform，Dynaform及Hyperwork中的Hyperform模塊.由於（yú）精衝工藝較普衝工藝在工藝過程和力學特性上都有較大（dà）區（qū）別，因此，精衝工藝無法使用現有的普（pǔ）衝分析軟件.為（wéi）此，筆者結（jié）合齒圈壓板精（jīng）衝工藝原理、力學特性及有（yǒu）限元理論，提出使用有限元分析軟件ABAQUS，建立針對齒圈壓板精衝工藝的力學模型.

1 精衝工藝的基本原理

精衝的工藝原理如圖1所示.精衝過程（chéng）中，凸

ࠨ⁑ 模接觸精衝材料之前，壓邊力ps壓緊（jǐn）材料，通過壓邊圈（quān）上的V形齒的內麵產生橫（héng）向側壓力，將阻止金

঻䗩സ 屬材料在剪切區內撕裂和橫向流動.在衝裁凸模（mó）壓入材料的同時，利用反壓板的反壓力將材料壓緊.板料在壓緊狀態下由衝裁力作用，沿著（zhe）凹模刃

ඟᯉ 口的形狀呈純剪切的形式衝裁零件.由於剪切區內的金屬（shǔ）處於三向（xiàng）壓應力狀態，從（cóng）而提高了材料的塑 ࠩ⁑ 性.此時，材料沿凹模刃口形狀，以純剪切方式使材 ৽঻ᶯ 料（liào）實現分離衝裁.

精衝（chōng）模具工藝過程（chéng）大體分為4個階段[2]. pg৽঻࣋

1) 彈性變形階（jiē）段.衝（chōng）孔工作開始，凸模接觸材 ഴ㋴ߨᐛ㢰৕⨼ഴ 料（liào）前施壓，使材料產生彈性壓縮而（ér）在凸模（mó）周圍（wéi）發生材（cái）料聚集，形成不大的環狀突起.

2) 塑性變形階段.凸模（mó）及壓料板（bǎn）施加大壓力，達到材料的屈服點，材料向孔周（zhōu）圍流動並開始擠入凹模，產生定向塑性流（liú）動（dòng）.

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

4) 剪裂變形階段.凸模下行到一定程度，顯微裂紋在金屬材料內部擴展，並使材料沿（yán）凹模（mó）刃口出現剪切裂紋，開（kāi）始斷裂（liè）.