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轉發自：第25卷 第（dì）3期 蘇州市職業（yè）大學學報 Vol.25，No.3

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

作者：談正光1，陳 偉（wěi）2，張 雨2

(1.無（wú）錫鵬德汽（qì）車配件有限公司 工（gōng）程技術部，江蘇 宜興（xìng） 214211； 2.南京工程學院 汽車與軌道交通學院，江蘇 南京 211167)

摘 要（yào）： 利用有限元方法（fǎ）模擬精（jīng）衝工藝的過程（chéng），用處理（lǐ）後的模擬結果分析（xī）精衝工藝參數對精衝（chōng）成形件質量（liàng）的影（yǐng）響.分析精衝工藝過程的基本原理及力學（xué）特性（xìng）；結合（hé）精衝工藝（yì）的技術關鍵，建（jiàn）立變形區靜水壓應力狀態方程，利用Abaqus有限元（yuán）分析軟件，針對汽車排（pái）氣係（xì）統不鏽鋼厚法蘭件，建立有限元（yuán）網格力學模型，並模擬整個（gè）精衝過程；通過提取並計算精衝過程中10個行程步上靜水壓應力的均值（zhí），衡量不同參數對精衝質量的影（yǐng）響.分析結果得出：以不（bú）鏽鋼（gāng）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（zhì）量較好.

關鍵詞： 精衝；有（yǒu）限元模擬；靜水壓應（yīng）力

中（zhōng）圖分（fèn）類（lèi）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

精衝是在普通衝壓基礎上（shàng）發展起來（lái）的一種先進加工技（jì）術，由於其具有產品（pǐn）質量好、生產效（xiào）率高、生

產成本較低等優點而得到廣泛的應用.精衝成形過程是（shì）一個複（fù）雜的力學（xué）過程，涉及彈性變形、塑性變形、損傷軟化和（hé）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（shù）對衝切斷麵質量、尺寸與形

收稿日期：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（mù）(20130422065315)；無錫（xī）鵬德汽車配件有限公司產學研合作項目(PD20130202) 作（zuò）者簡介： 談正光(1969- )，男，江蘇（sū）宜興人（rén），工程師，主要從事鋼板衝壓件（jiàn）及拉伸件精密成型技術研究.

第25卷 蘇州市職業大學學報

狀精度有很大的（de）影響.因此，選擇合理的精衝工藝參數不但直接（jiē）影響著精衝模具的壽（shòu）命，同時也（yě）影響著精衝產品的（de）質量和生產效率（lǜ）.

隨著（zhe）精衝技術廣泛（fàn）應用，精衝零件也向（xiàng）大、厚、硬（yìng）、精等方向發展，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（jù）的（de）設計製造時間，又可以進一步優化精衝工藝的參數配（pèi）置，節約了成本，提高了效率（lǜ）.為此，國內外的學者針對精衝工藝做了許多（duō）相關研究.Lee等[1]采用剛塑性有限元法對精（jīng）衝剪切進行了模擬，分析其應力、應變分布，對裂紋的產生進行了預測；賈建軍（jun1）等[2]對（duì）精衝進（jìn）行了（le）韌性斷裂理論分析，並對軸對（duì）稱精衝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耦合二維有限元程序和特殊設計的局部網（wǎng）格再劃分程（chéng）序，分析了靜水壓力、熱效應、材料（liào）損傷、塑性應變、應變率集中對精衝過程的影響；Sutasn Thipprakmas[4]利用有限元模（mó）擬方法結合田口技術和方差分（fèn）析技術，研究了V形齒圈壓板的參數（高度、位置和角度）對（duì）精衝過程的（de）影響；方剛等[5]對精衝的（de）韌性斷裂進行了數值模擬，預測了裂紋的產生和擴（kuò）展.

經過長時間的（de）發展，有限元（yuán）分析方法已經被應（yīng）用到工程分析的各個方麵，較為成熟的有限元分（fèn）析軟件包括ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC.對普通（tōng）衝壓成形工藝，一些公司（sī）開發了（le）單獨分析軟件，如 Autoform，Dynaform及（jí）Hyperwork中的Hyperform模塊.由（yóu）於精（jīng）衝工藝較普（pǔ）衝工藝在（zài）工藝（yì）過程和力（lì）學特（tè）性上都有較大（dà）區別，因此，精衝工藝無法（fǎ）使用現有的（de）普衝分析軟件.為此，筆者結合齒圈壓（yā）板精衝工藝原理、力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）的基本原理

精衝的工藝原理如圖1所示.精（jīng）衝過程中，凸

ࠨ⁑ 模接觸精衝材料之前，壓邊力（lì）ps壓緊材料，通過壓邊圈上（shàng）的V形齒的內麵產生橫向側壓（yā）力，將阻止金

঻䗩സ 屬材料在剪（jiǎn）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（yā）板的反壓力（lì）將（jiāng）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（jiǎn）切區內的金（jīn）屬處於三向壓應力（lì）狀態，從而提高了材料的塑 ࠩ⁑ 性.此時，材料沿凹模刃口形狀，以純剪切方式（shì）使材 ৽঻ᶯ 料實現分（fèn）離衝裁.

精衝模具（jù）工藝過程大體分為4個階段[2]. pg৽঻࣋

1) 彈性變（biàn）形階段.衝孔工作開始，凸模接觸材 ഴ㋴ߨᐛ㢰৕⨼ഴ 料前施（shī）壓（yā），使材料產生彈性壓縮而在凸模周圍發（fā）生（shēng）材料聚集，形成不大的環（huán）狀突起.

2) 塑性變形階段.凸模及壓（yā）料板施加大壓力，達到材料的屈（qū）服點（diǎn），材料向孔周圍流動並開始擠入凹模，產生定向塑性流（liú）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（jǐ）入凹模洞口.此時凸模刃（rèn）口部分的（de）材料達到材料的抗（kàng）剪強度.故首先在（zài）發生應力集中的鋒利（lì）刃口處產生顯（xiǎn）微裂紋，但沒有剪裂.

4) 剪裂（liè）變形階段.凸模下（xià）行到一定程度，顯微裂紋（wén）在金（jīn）屬材料內部擴展，並使材料（liào）沿凹（āo）模刃口（kǒu）出現剪切裂（liè）紋，開始斷裂.

2 精衝工藝的力學特性

精衝工藝的力（lì）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，衝（chōng）裁力（lì）最大.本文的分析都（dōu）是在

㋴ഴߨᐛ㢰࣑ᆜ⢯ᙝ㺂ぁഴ

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談正光等：基（jī）於Abaqus的齒圈壓板精衝工藝有限元（yuán）分析 2014年第3期

最大衝裁力下進行（háng）.模具在工作過程中（zhōng），其受力情（qíng）況非常複（fù）雜，主要存在衝裁力、壓邊力、反壓（yā）力的作用.

1） 衝裁力是成型產品（pǐn）零部件所需要的力，影響（xiǎng）衝裁力的因素主要有零件（jiàn）尺寸（cùn）、材（cái）料的機械（xiè）性能、材料厚度等，計算公式（shì）為

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

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

3） 反壓力（lì）在精密衝裁過（guò）程中，不但（dàn）提供靜水壓應力，而且還防（fáng）止板料在加工過程發生彎曲.反壓力太小（xiǎo）則板料在加工過程容易彎曲，而且精衝質量也不（bú）好；反壓力太大則衝裁力增大，增加（jiā）了模具的載荷.反壓力計算公式為

pc=0.2ps. (3)

3 精衝工藝的有（yǒu）限元分析

有限元法是以（yǐ）計算機為工具，根據變分原理求解數學和物理問題的一種現代數值計算方法（fǎ）.本文采（cǎi）用剛塑性有限元（yuán）法對精衝加工過程進行仿真模擬.把變形區離散成多個（gè）單元，取一個無限小的（de）正（zhèng）方體單元，分析該單元的應力狀態，如圖3所示