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轉發自（zì）：第25卷 第3期（qī） 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：談正光1，陳 偉2，張 雨2

(1.無錫鵬德汽車配件有限（xiàn）公司 工程技術部，江蘇 宜（yí）興 214211； 2.南京工程學院 汽車（chē）與軌道交通學院，江蘇 南京 211167)

摘 要： 利用有（yǒu）限元方法模擬精衝工藝的過程（chéng），用（yòng）處理後的模擬結果分析精衝工藝參數對精衝成形件質量的影響.分析精衝工藝過程的基本原理及力學特性；結合精衝（chōng）工藝的技術關鍵，建立變形區靜水壓應力（lì）狀態方程，利用Abaqus有限元分（fèn）析軟（ruǎn）件，針對（duì）汽車排氣係統不鏽鋼厚法蘭件（jiàn），建立有限元網（wǎng）格力學（xué）模型，並模擬整個精衝過程；通過提（tí）取並計算精（jīng）衝過程中10個行程步上靜水壓應力的（de）均值，衡量不同參數對精衝質量的影響（xiǎng）.分析（xī）結果得出：以不（bú）鏽鋼厚法蘭（lán）精衝工藝中模具（jù）間隙為（wéi）參數變量，當模具間隙為0.3 mm時，精衝質（zhì）量較好.

關鍵詞（cí）： 精衝；有限元模擬；靜水壓應力

中圖（tú）分類（lèi）號（hào）：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

精衝是在普通衝壓（yā）基礎（chǔ）上發展起來的一（yī）種先進加工技術，由於其具有（yǒu）產品質量（liàng）好、生產（chǎn）效率高、生

產成本較（jiào）低等優點（diǎn）而得到廣泛（fàn）的應用.精衝成形過程是一個複雜（zá）的力（lì）學過程（chéng），涉及彈性變形、塑性變形、損傷軟化和（hé）韌性斷（duàn）裂等（děng），因而精衝模具壽（shòu）命（mìng）相對較低；同時，不同的工藝參數對衝切斷麵質量、尺（chǐ）寸與形

收稿（gǎo）日期：2014- 06- 02；修回日期：2014- 06- 28 基金項目： 宜興市科技成果產業（yè）化項目(20130422065315)；無錫鵬德汽車配件有限公司產學（xué）研合作項目(PD20130202) 作者簡（jiǎn）介（jiè）： 談正光(1969- )，男，江蘇宜興人，工程師，主要從事鋼板衝壓件及拉伸件精密（mì）成型技術研究.

第25卷 蘇州市職業（yè）大學學報

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

隨著精衝（chōng）技（jì）術廣泛應用，精（jīng）衝（chōng）零件也向大（dà）、厚、硬、精等方向發展（zhǎn），技術難度不斷地增大.由於計算機技術的不斷發展和成熟，使用有限元分析方法模擬精衝加工過程，既可以縮短模具的設（shè）計製造時間，又可以（yǐ）進一步（bù）優化精衝工藝（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（duì）精衝工藝做了許（xǔ）多（duō）相關研究.Lee等[1]采用剛塑性有限（xiàn）元法對（duì）精衝剪切進（jìn）行了（le）模擬，分析其應力、應變分布，對裂（liè）紋的產生進行了預測；賈（jiǎ）建軍等[2]對精衝進行（háng）了韌性斷裂理論分析，並對軸（zhóu）對稱精衝件的成（chéng）形過程進行了二維數值模擬；Zheng[3]開發了更新拉格（gé）朗日熱力耦合（hé）二維有限元程序和（hé）特殊設計的局部（bù）網格再劃（huá）分程序，分析了靜（jìng）水（shuǐ）壓力、熱效應、材料損傷、塑性應（yīng）變、應變（biàn）率集中（zhōng）對精衝過程的影響；Sutasn Thipprakmas[4]利用有限元模擬方（fāng）法結合田口（kǒu）技術和（hé）方（fāng）差分析技術（shù），研究了V形齒（chǐ）圈壓板的參數（高度、位置和角度）對精衝過程（chéng）的影響（xiǎng）；方剛（gāng）等[5]對精衝的韌性斷裂進行了數（shù）值模擬，預測了裂紋的產生和擴展.

經過長時間的（de）發展，有限元分析方（fāng）法已經被應用到工程分析的各個方麵，較（jiào）為成熟的有限元分析軟件包括ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC.對普（pǔ）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.由於精衝工藝較普衝工藝在工藝過程和力（lì）學特性（xìng）上都有較大區別，因此，精衝工藝無法使用現（xiàn）有的普衝分析軟件.為此，筆者結合齒圈壓板精衝工藝原（yuán）理、力（lì）學特性及有限元理論，提出使用有限元分析軟件ABAQUS，建立針對齒圈壓板（bǎn）精衝工藝的力學模型.

1 精衝工藝（yì）的基本原（yuán）理

精衝的工藝原理如圖1所示.精衝過程中，凸

ࠨ⁑ 模（mó）接觸精衝材料之前，壓邊力（lì）ps壓緊材料，通過壓邊圈上的V形齒的內麵產生橫向側壓力，將（jiāng）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，沿著凹模刃

ඟᯉ 口（kǒu）的形狀（zhuàng）呈純剪切的（de）形式衝裁零件.由（yóu）於剪切區內（nèi）的金屬處於三（sān）向壓應力狀（zhuàng）態，從而提高了材（cái）料的塑 ࠩ⁑ 性.此（cǐ）時，材料沿凹模刃口形狀，以純剪切方式使材 ৽঻ᶯ 料實現分（fèn）離衝裁.

精衝模具工藝過程大體分為4個階段[2]. pg৽঻࣋

1) 彈性變（biàn）形（xíng）階段.衝孔（kǒng）工作開始，凸（tū）模接觸材 ഴ㋴ߨᐛ㢰৕⨼ഴ 料前施壓，使材料產生彈性壓縮（suō）而在凸模周（zhōu）圍發生（shēng）材料聚集，形成（chéng）不大（dà）的環狀突起.

2) 塑性變形階段.凸模（mó）及壓料板施加大壓力，達到（dào）材料的屈服點，材料向孔周圍（wéi）流動並開（kāi）始擠入凹模（mó），產生定（dìng）向塑性流動（dòng）.

3) 剪切變形階段.當凸模繼（jì）續下行，材（cái）料停止向孔周圍流動，而大量擠入凹模洞口.此（cǐ）時凸模刃口部分的材料達到材（cái）料的（de）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（jiǎn）裂變形階段.凸模（mó）下行到一定程（chéng）度，顯微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，開始斷裂.

2 精衝工藝的力學特性（xìng）

精衝工藝的力學特性如圖2所示，圖2中，S表示材料厚度.

當凸模進入材料厚度的1/3時（shí），衝裁力最大.本文的分析都是在（zài）

㋴ഴߨᐛ㢰࣑ᆜ⢯ᙝ㺂ぁഴ

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談正光等：基於（yú）Abaqus的（de）齒圈壓板精衝工藝有限元分析 2014年第（dì）3期

最大（dà）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（chōng）裁力（lì）、壓邊力、反（fǎn）壓力的作用.

1） 衝裁力是（shì）成型產品（pǐn）零部件所需要的力，影（yǐng）響衝裁力的因素（sù）主要有零件尺寸、材料的機械性能、材料厚度等，計算公式為

ps=Lt Sσb f1， (1) 式中（zhōng）：ps為衝（chōng）裁力；Lt為剪切線周長；S為材（cái）料厚度（dù）；σb為抗拉強度；f1為係（xì）數，f1=0.6～0.9.