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

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

作（zuò）者：談正光1，陳 偉（wěi）2，張 雨2

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

摘 要： 利用有限（xiàn）元方（fāng）法模擬精衝工藝的過程，用處理後的模擬結果分析精衝（chōng）工藝（yì）參數對精衝成形件質量的（de）影響.分析精衝工藝過程的基本原理及力學特性；結合精衝工藝的技術關鍵，建立變形區靜水壓應力狀態方程，利用Abaqus有限元分析軟件，針對汽車排氣係統不鏽（xiù）鋼（gāng）厚法（fǎ）蘭件，建立有限元網格力學模型，並模擬整個精衝過程；通過提取並計算精衝過程中10個行程步上靜（jìng）水壓應（yīng）力的均值（zhí），衡量不同參數對精衝（chōng）質量的影（yǐng）響.分析結果（guǒ）得出：以不鏽鋼（gāng）厚法蘭精衝工藝中模具間隙為參數變量，當（dāng）模（mó）具間隙（xì）為0.3 mm時（shí），精衝質量較好.

關鍵詞： 精衝；有限元模擬；靜水壓應力（lì）

中圖（tú）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

精衝是在普（pǔ）通衝壓基礎上發展起來的一（yī）種先進加工（gōng）技術，由於其具有產品（pǐn）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（jīng）衝成（chéng）形過程是一個複雜的力學過程，涉及彈性變形、塑性變形（xíng）、損傷軟化和韌性斷裂等（děng），因而（ér）精衝模具壽命相對較低；同時，不同的工藝參數對衝切斷（duàn）麵質量（liàng）、尺寸與形

收稿日（rì）期：2014- 06- 02；修回日期：2014- 06- 28 基金項目： 宜興（xìng）市科技（jì）成果（guǒ）產業化項目(20130422065315)；無錫鵬德汽車（chē）配件有（yǒu）限公司產學研合作項目(PD20130202) 作（zuò）者簡介： 談正光(1969- )，男，江蘇宜興人，工程師，主要從事鋼板衝壓件及拉（lā）伸件精密成型技術研究.

第25卷 蘇州（zhōu）市職業大學學（xué）報

狀精度有很大的影響.因此，選擇合理的精衝工藝參數（shù）不（bú）但直接（jiē）影響（xiǎng）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（jì）術廣（guǎng）泛應用（yòng），精衝零件也向大、厚、硬、精（jīng）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（shǐ）用有（yǒu）限元分析方法模擬（nǐ）精衝加（jiā）工過程，既可以縮短模具的設（shè）計（jì）製造時間，又可以進一步優化精衝工藝的參數配置，節約了成本，提高了效率.為此，國內外（wài）的學者針對精衝工（gōng）藝做了許多相關研究.Lee等[1]采用剛塑性（xìng）有限元法對精衝（chōng）剪切進行了（le）模擬，分析其應力、應（yīng）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（rèn）性斷裂理論分析，並對軸對稱精衝（chōng）件的成形過程進行了（le）二維數值模（mó）擬；Zheng[3]開發（fā）了（le）更新拉格朗日熱（rè）力耦合（hé）二維（wéi）有限元程序（xù）和特殊設計的局部網格再劃分程（chéng）序，分析了靜水壓力、熱效應、材料（liào）損傷、塑性應變、應變（biàn）率集中對精衝過程的影響（xiǎng）；Sutasn Thipprakmas[4]利用有限元（yuán）模擬方法結合田口技術（shù）和方差分析技術，研究了V形齒圈壓板的參數（高度、位置和角度）對（duì）精衝過程的影響；方剛等[5]對精衝的韌性斷裂進行了數值模（mó）擬，預測了裂紋的產（chǎn）生和擴展.

經過（guò）長時間的（de）發（fā）展，有限元分析方法已經被應用到工程分析的各個方麵，較為成熟的有限元分析軟件包（bāo）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（rú） Autoform，Dynaform及Hyperwork中的Hyperform模塊.由於精衝工藝較普衝工藝在工藝（yì）過程（chéng）和力（lì）學特性（xìng）上都有較（jiào）大區別，因此，精衝工藝無法使用現有的普（pǔ）衝（chōng）分析軟件（jiàn）.為此，筆者結合齒圈壓板精衝工藝原理、力學特（tè）性及有限元理論，提出使用有限元分析軟件ABAQUS，建立（lì）針對（duì）齒圈（quān）壓板精衝工藝的力學模型.

1 精（jīng）衝工藝的基本原理（lǐ）

精衝的工藝原理如圖1所示.精衝過程中，凸

ࠨ⁑ 模接觸精衝材料之前，壓（yā）邊力（lì）ps壓緊（jǐn）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（lì）將材料壓緊（jǐn）.板料在壓緊狀態下（xià）由衝裁力作用，沿著凹模刃

ඟᯉ 口的形狀呈（chéng）純剪切的形式衝裁零件.由於剪切區內的金屬處於三向壓應力狀態，從而提高了材料的塑 ࠩ⁑ 性.此時，材料（liào）沿凹模刃口形（xíng）狀（zhuàng），以純剪切方式使材 ৽঻ᶯ 料實現分離衝裁.

精衝模具工藝過程大體分為4個階段[2]. pg৽঻࣋

1) 彈性（xìng）變形階段.衝孔工作開始，凸（tū）模接觸材（cái） 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）圍發生材料聚集，形成不大的環狀突起.

2) 塑（sù）性變形階段（duàn）.凸模及壓料板施加大（dà）壓力，達到材料的屈服點，材料向孔（kǒng）周圍流動並開始擠入凹模，產生定向塑性流動.

3) 剪切變（biàn）形階段.當凸模繼續下行，材料停止向孔周圍流（liú）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料的抗剪強度.故首（shǒu）先在發生應（yīng）力集中的鋒利刃口處產生顯微（wēi）裂紋，但沒有剪裂.

4) 剪裂（liè）變形階段.凸模下行到一定程（chéng）度，顯微裂紋在金屬材料內部擴展，並使材料（liào）沿凹模刃口出現剪切裂紋，開始斷裂.

2 精衝工（gōng）藝的力學特性

精衝工藝的力學特性如圖（tú）2所（suǒ）示，圖（tú）2中，S表（biǎo）示材（cái）料厚度（dù）.

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

㋴ഴߨᐛ㢰࣑ᆜ⢯ᙝ㺂ぁഴ

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

最大衝裁力（lì）下進行.模具在工作過程（chéng）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（chōng）裁力是成型產品零（líng）部件所需要的力，影響衝裁力的因素主（zhǔ）要有零件尺寸（cùn）、材料的機（jī）械性能、材料厚度等，計算公式為

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

2） 壓邊力（lì）阻止（zhǐ）材料在剪切區（qū）內撕裂和金（jīn）屬的橫向流動，以獲得光潔的剪切（qiē）麵，計算公式為 pR=0.5ps. (2)

3） 反壓力在精密衝裁過程中，不但（dàn）提供靜水壓應力（lì），而且還防止板料在加工過程發（fā）生彎曲.反（fǎn）壓力太（tài）小則板料（liào）在加工（gōng）過程容易彎曲（qǔ），而且精衝質量也（yě）不好；反壓力太（tài）大則衝裁力增（zēng）大，增加（jiā）了模（mó）具的載荷.反壓力計算公式為

pc=0.2ps. (3)

3 精衝（chōng）工（gōng）藝（yì）的（de）有限元分（fèn）析