基於雙側齒圈壓邊的厚板(bǎn)精密衝裁成形力學分析(二)

基(jī)於雙側齒圈壓邊(biān)的厚板精(jīng)密衝裁(cái)成形力學分析(二)

Jan 31, 2024

免責聲明:本文援引自網絡(luò)或其他媒體,與揚鍛官網無關。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內容未經本站(zhàn)證實,對本文以及其中全(quán)部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾(nuò),請讀者僅(jǐn)作參考,並(bìng)請自行核實相關內容。揚州鍛壓\揚州衝床\揚鍛\yadon\衝床廠家\壓力機廠家\鍛造廠家\

轉發自:第23卷第6期 塑性工程學報(bào) Vol.23 No.6

2016年12月 JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERING Dec. 2016doi:10.3969/j.issn.1007-2012.2016.06.009

作者:(山東科技(jì)大(dà)學機械(xiè)電子工程學院,青島 266590) 蘇春建1 閆楠(nán)楠2 張曉東4 陸 順5

(山東科技大學土木工程與建築學院,青島(dǎo) 266590) 王清3

該張量(liàng)影響(xiǎng)O點材料的塑性[6-7]。從式(4)可以看出影響變形區靜水壓力的因素,可通過以下途徑來提高靜水壓力:1)增大σy,主(zhǔ)要(yào)是通(tōng)過增大頂件反力;2)增大σN,主要(yào)是通過在一定程度上減小凸凹模間隙(xì);3)增大σvx+σvy,通過增大壓邊力Pv 來實現;4)采用最佳(jiā)壓邊圈齒形內角 α。由圖1可知(zhī):

Pvx+Pvy=Pv(cosα+sinα)

  取極值:令d(Pvx+Pvy)=0,得:dα (5)

Pv(cosα-sinα)=0 (6)

  因為,壓邊力Pv 一定,所以,cosα-sinα=0, α=π/4

2 厚板精衝的(de)有限元模擬仿真分析

2.1 有限元模型的建立

在有限元(yuán)模擬過程中,為保證有限元模型精確描述精衝過程(chéng),又能保證模擬結果的正確性,根據實際(jì)條件做簡化處理,因此把精衝過程作(zuò)為(wéi)軸對稱問(wèn)題來研究[8-9]。圖4為精衝過程的有限元模型,采用V形齒圈是精衝與普通衝裁最顯著(zhe)的(de)區別之一,以點(diǎn)劃線為對稱(chēng)軸,為了節省時間和計算機內存,隻選取工件的1/2模(mó)型進行模擬分析,將板料設置塑(sù)性體,其他(tā)工件視為剛性體(即不變形體),忽略模(mó)具的(de)變形。

圖4 精衝過程的有限元模型

Fig.4 Finite element simulation of fine blanking process本文有限元模擬選用直徑(jìng)Φ20mm、板厚8mm的AISI-20鋼(gāng)為研究(jiū)對象,其(qí)他參數(shù)如下。

1) 模(mó)擬幾何參數:凹模外直徑(jìng)Φ50mm,模具間隙0.5mm,模具圓角0.03mm,板料厚度8mm,

V形齒圈速度2mm·s-1,凸模速(sù)度1mm·s-1。

2) 摩(mó)擦係數的選擇:由於是冷衝壓,設置冷(lěng)摩擦係數為0.12;板料(liào)與其(qí)他零件的接觸容差為

0.001。

3) 網格劃分:板料作為塑性體分析,采用四節點(diǎn)單元。塑性(xìng)剪切區(qū)域集中在模具刃口之間極窄的區域內,因此,在模具間隙處還需對(duì)網格進行局部細化。

4) 邊界條件的(de)設定:衝裁方向是沿(yán)Y軸負方向,在X方(fāng)向上不允許發生金屬流動,把配料的軸對稱麵設為X方向(xiàng)固定不動。

5) 衝裁(cái)力是選用壓力機和設計模具(jù)的重要(yào)依據之一,影響衝裁力的因素(sù)主要包括:材料機械性能及其厚度、零件尺寸、模(mó)具幾何參數等。由於精衝是在三向受力狀態下進行衝裁的,變形抗力要比普通衝裁(cái)大得多,因此精衝總壓力為:

  其中: FZ=F+FY+FF (7)

F=1.25Ltτb =Ltσb (8)

FY=(0.3-0.6)F (9)

FF=Ap (10)

式中 FZ———精衝(chōng)總壓力

   F———衝裁力

   FY———壓料力

   FF———頂(推)件(jiàn)板的(de)反頂力

   L———剪切輪廓線長

   t———材料厚度

   τb———材料的抗剪強度

   σb———材(cái)料的抗拉強度

   A———精衝零件的承壓麵積(jī)

   p———單位麵(miàn)積反壓(yā)力,取20~70MPa

2.2 應力分析

圖5是(shì)凸模壓入板料不(bú)同位置時各階段的等效應力分布(bù)情況。

從圖(tú)5可以(yǐ)看出,雙側齒圈壓邊方式下的剪切區內等效應力分(fèn)布較為廣泛,主要集(jí)中在剪切區域的模具(jù)刃口連線附(fù)近以及V形齒圈內側附近,在剪切變形中,材料水平方(fāng)向(xiàng)的(de)橫向流(liú)動受到V形齒圈的阻礙作用,對(duì)成形中翹(qiào)曲抑(yì)製作用(yòng)明顯,且能夠增加剪切區域內的壓(yā)應(yīng)力值,使得材料的塑性增(zēng)加,有利(lì)於精衝變形的進行。

從衝(chōng)裁成形前期可以看出,由於頂件板的作用,遠離刃口連線附近(jìn)的應力也較大,這樣(yàng)就能有效抑製衝(chōng)裁時所產生的彎曲,隨著凸(tū)模的(de)下行剪切(qiē)區域麵(miàn)積逐漸減小,等效應力也隨之降低(dī),但是由於在衝裁成形過程中不可避免的出現加工硬化現象,變形區的(de)等效應力依舊很大。

衝裁成形(xíng)中變形區的(de)最大(dà)等效應力隨凸(tū)模下行(háng)變化曲線如圖6所示。在衝裁(cái)成形前期(qī),遠離刃口(kǒu)連線附近的應力(lì)較大,有效抑製衝裁時所(suǒ)產生的彎曲。隨(suí)著(zhe)凸模壓入量的增加,變形(xíng)區的等效應力呈明(míng)顯減小的趨勢(shì),並逐漸趨於一個定值。

圖5 等效應力分布圖

a)凸模下降(jiàng)1mm;b)凸模下降2mm

c)凸模下降4mm;d)凸模下降5mm

Fig.5 Distribution of equivalent stress

圖6 最大等(děng)效應力(lì)與(yǔ)凸(tū)模壓入量關係曲線

Fig.6 Relationship curve of maximum equivalent stressand indentation of punch in plate

2.3 應變分析

圖7是(shì)凸模壓入(rù)板料不同位置時各階段的等效應變分(fèn)布情況。

從圖7中可以看出,等效(xiào)應(yīng)變分布與等效應力相似,主要集中在模具(jù)刃口連線附近,衝裁初期模具(jù)刃口應變分布較(jiào)小,隨(suí)著凸模壓入(rù)量增加模具刃口連線附近局部剪切區的應變較大,說明板(bǎn)料在精衝變形中是(shì)在剪切狀(zhuàng)態下進行,有利於板(bǎn)料塑性流動。與等效應力最大區別是在非(fēi)變形區板(bǎn)料的等效應變幾乎為0。

圖8為衝裁成形中變形(xíng)區的最大(dà)等效應變隨凸模下(xià)行的變化曲線圖。從圖中可知,隨(suí)著凸模壓入

圖7 等效應變分布圖

a)凸模下降1mm;b)凸模下降2mm

c)凸模下降4mm;d)凸模下(xià)降5mm

Fig.7 Distribution of equivalent strain量的增加,變形區的等效應變呈先(xiān)增大後(hòu)減小的趨勢(shì)。

2.4 靜水應力分析

靜(jìng)水應力(即平均(jun1)應力)對板料的塑性成形性能非常重要,靜水壓力對抑製剪切區(qū)以外的材料流動有很大作用[10]。圖9是(shì)齒圈壓入量對(duì)靜水壓力影響的變化曲線圖,從圖中可以(yǐ)看出,靜水壓力隨著齒圈壓入(rù)量的增加而增大,當齒圈全部壓(yā)入板料之

圖8 最(zuì)大等效應變與凸(tū)模壓(yā)入量關係曲線

Fig.8 Relationship curve of maximum equivalent strainand indentation of punch in plate

後,齒圈附近區域的靜水壓力最大(dà),其值約為-102MPa。隨(suí)著遠離齒圈,靜水(shuǐ)壓力雖然不斷減小,但在整(zhěng)個精衝變形區內靜水壓力依然較大,有助於板材塑性的發揮,從而(ér)獲得質量更(gèng)佳(jiā)的衝裁件。

圖9 齒圈壓入量對靜水壓力的影響

Fig.9 Influence of indentation of gear ring in plateon hydrostatic pressure

圖10是凸模壓入量對靜水壓力影響(xiǎng)的(de)變化曲線,從圖中可以看出,衝(chōng)裁(cái)初期,在塑性變形區形成較大的(de)靜水壓力,有利(lì)於材料的進一步(bù)變形,當凸模下行50%以(yǐ)後,剪切變形區內的靜水壓力逐漸(jiàn)減(jiǎn)小,拉應力逐漸增大(dà),靜水壓(yā)力隨凸模壓(yā)入量的增加呈減小趨勢(shì)。剪切區的拉應力容易導致裂紋的產生及擴展(zhǎn),因此靜水(shuǐ)壓力對衝裁成形非常重要(yào)。

圖10 凸(tū)模壓入量對靜水壓力的(de)影響

Fig.10 Influence of indentation of punch in plateon hydrostatic pressure

2.5 材料流動分析

圖11是在雙側齒圈壓邊方式下的(de)材料流動狀態圖。材(cái)料(liào)流動(dòng)速度(dù)用矢(shǐ)量方式表示,材(cái)料在各(gè)個時刻(kè)的流動方向可以由速度(dù)矢量箭頭清(qīng)楚地顯示,速度的大小用(yòng)不同的(de)箭頭顏色表(biǎo)示。由於精衝的落料部分可以(yǐ)視為理想剛性區,對其中的材料視為靜(jìng)止,因此不對落料區(qū)域作考慮。

圖11 材料流動圖

a)凸模下行0.5mm;b)凸模下行(háng)1mm;c)凸模下行2mm

Fig.11 Diagram of material flow

在衝裁初期(qī),如圖11a所示(shì),凸模下壓量較小,材料在三向壓應力狀態下產生流動渦流,此時的金屬流動速度(dù)較慢,凸模(mó)下(xià)行一段距離後,如圖11b、圖11c所示,此時(shí)材料(liào)受三向壓應(yīng)力作用(yòng),抑製非變(biàn)形區材料向變形區轉移。當凸模下行至中(zhōng)後期時,凸模壓(yā)入量加大,凸緣部分以剛性體狀態繼續下移,由於在中後期壓應力作用減小,材料轉移速度增大,在模具刃口附近金屬(shǔ)內部晶粒變形加大,纖維變形加劇,這時極易(yì)出現裂紋,因(yīn)此金屬(shǔ)材(cái)料流動規(guī)律的研(yán)究對(duì)於(yú)衝裁成形具有重要意義。

2.6 板厚對(duì)雙側齒圈壓邊精衝的影響

板厚是影響厚(hòu)板精密衝裁的主要因素之(zhī)一,在實際生產加工中,不(bú)同製件(jiàn)對板厚的要求也(yě)不同,因此需考慮多種(zhǒng)板厚的分(fèn)析,本文分別對6、8、10和12mm厚的板材進行有限元模擬分析,相對間隙(xì)保持不變,分析模擬後的衝裁力曲線和斷麵情況,總結出衝裁力隨(suí)板厚變化(huà)的規律,為實際(jì)生產中的模具設計和設備選擇提(tí)供理論幫助(zhù)。

圖12是衝裁後不同板厚的斷麵狀況,從圖中可(kě)以看出(chū),4種不同板厚的板料衝裁完成後,斷麵狀況都不相同,光亮帶(dài)(光亮帶主要是產生塑性剪切的材料在和模具側麵接觸中被模具側麵擠壓而(ér)形成的光亮垂直的斷(duàn)麵,即圖中斷麵上部(bù)較光滑的部分)隨著板(bǎn)厚的增加有所減少,由(yóu)6mm的50%減小到12mm的30%左右,斷裂帶(斷裂帶是由刃口處(chù)的微裂紋在拉應力的作(zuò)用(yòng)下不斷擴展而形(xíng)成的(de)斷裂麵(miàn),斷麵粗糙,即圖中斷麵下部較粗糙的部(bù)分(fèn))的長度增(zēng)加。

圖12 不同板(bǎn)厚的斷麵質量

a)6mm板厚;b)8mm板厚;c)10mm板厚;d)12mm板厚

Fig.12 Shearing section with different sheet thicknesses

3 實(shí)驗結果

實驗通過精衝模具衝(chōng)製不同板厚(6,8,10和(hé)12mm)的鋼板,驗證雙側齒圈壓邊的模擬結果的準確性。將本次實驗(yàn)獲得製件(圖13)與模擬結果相比(bǐ)可以(yǐ)得(dé)出,實驗結果(guǒ)與模擬結果基本相一致,如圖14所示(shì)。

圖13 衝裁件試樣圖

Fig.13 Samples figure of blanking parts

圖14 模擬結果與實驗結果對照

Fig.14 Comparison between simulated andexperimental results

由圖13實驗所得製件和(hé)圖14模擬結果與實驗結果對照可以看出,衝裁力隨著厚板厚度的增大而增大,經過雙側齒圈壓邊精密衝裁的衝裁力在比普通衝裁並沒有大多少(<25%)的情況下斷麵(miàn)質量較好(hǎo),斷裂帶也能夠得到改善,圓角及毛刺都(dōu)較小,製件結果較為理想。

4 結 論

1) 采用雙側齒圈壓邊成形的方(fāng)法(fǎ)可以一次得到斷麵光潔(jié)的衝裁件,且斷麵質量(liàng)較高。

2) 在衝裁過程中,模具刃口附近首先出現最大應力,增加剪切區(qū)域內的壓(yā)應力值,使得材料的塑性(xìng)增加(jiā),有利於精衝變形的進行,隨著凸模(mó)壓入量的增加,變形(xíng)區(qū)的等效應力呈明顯減小的趨勢,等(děng)效應變呈(chéng)先增大後減小的趨勢。

3) 在雙側齒圈壓邊衝(chōng)裁過程中,靜水壓力提高了金屬的流動塑性,衝裁中後期壓應力作用減小,材(cái)料轉移(yí)速度增大,在模具刃口(kǒu)附近金屬內部(bù)晶粒變形加大,纖維變形加劇,這時極易出現裂紋。

4) 采用雙側齒圈壓邊時,衝裁件斷麵質量(liàng)隨著板厚的增加有降低趨勢,衝裁力隨著板厚的增加而增大,但間隙在(zài)一(yī)定範圍內對衝裁力影響不大。

參考文獻

[1] Kozo Osakada.State-of-the-art of precision forging inJapan[C].Takashi Ishikawa.The proceedings of the

11th Asian Symposium on Precision Forging.Kyoto:The Japan Society for Thechnology of Plasticity,2010:

26-31

[2] 國家(jiā)自然科學基(jī)金委員會(huì)工程與材料科學部.機械工(gōng)程學科發展(zhǎn)戰略報告(2011-2020)[M].北京:科學出

版社,2010

[3] 林忠欽(qīn),李淑慧.汽車板精益成形技術[M].北京:機械工業出版社,2009

[4] 康鳳(fèng).厚板衝裁過程的模擬仿真及其參數化設(shè)計[D].重慶(qìng):重慶大學,2005

[5] 李(lǐ)傳民(mín).DEFORM5.03金屬成形有限(xiàn)元分析實例指導教程[M].北京:機械工業出版(bǎn)社,2007

[6] 彭群,趙彥啟,李榮洪,等.強力壓邊精衝技術(shù)的數值模

擬[J].鍛壓技術,2004.29(4):23-25

[7] 權國政,周傑,佟瑩,等.基於數值模擬的厚板(bǎn)衝裁(cái)變形(xíng)機理研究[J].金屬鑄鍛焊技術,2008.37(15):10-13

[8] Ridba Hambli.Finite element simulation of fine blan-

king processes using apressure-dependent damagemodel[J].Journal of Materials Processing Technolo-gy,2011.116(2-3):252-264

[9] Zhao Zhen,Zhuang Xincun,Xie Xiaolong.An improveductile fracture criterion for fine blanking process[J].Journal of Shanghai Jiaotong University(Science),

2008.13(6):702-706

[10] Fan W F,Li J H.An investigation on the damage ofAISI-1045and AISI-1025steels in fine-blanking withnegative clearance[J].Materials Science and Engineer-ing A,2009.499:248-251

(上接第23頁)

[3] Engel U,MeXner A,Geiger M.Advanced concept for

the FE simulation of metal forming processes for theproduction of microparts[C]//Proceedings of the Fifth

ICTP,Ohio,1996:903-907

[4] 郭斌,龔峰,單德彬.微成(chéng)形摩擦研究進展[J].塑性工(gōng)

程學報,2009.16(4):146-151

[5] 周健,王(wáng)春舉,單德彬,等.鋁合金微型齒輪等(děng)溫(wēn)精密微成(chéng)形工藝研究[J].塑性工程學報,2005.12(z1):36-39

[6] Chan W,Fu M,Yang B.Study of size effect in micro-extrusion process of pure copper[J].Materials &De-sign,2011.32(7):3772-3782

[7] 單(dān)德彬,袁林,郭斌,等.精密微塑性成形技術的現狀和發展趨勢[J].塑性工程學報,2008.15(2):46-53

[8] Cao Jian,Zhuang Weimin,Lin Jianguo.Development ofa VGRAIN system for CPFE analysis in microformingapplication[J].Int.J.Adv.Manuf.Technol.,2010.47:

981-991

[9] 李仕成,陳澤中,王東峰(fēng),等.Graphit-ic塗層模具微擠壓成(chéng)形及數值模擬[J].塑性工程學報,2014.21(6):38-

41

基於(yú)雙側齒圈壓邊的厚(hòu)板精密衝裁成形力學分析(一(yī))
喜報 | 揚鍛7900噸汽車車身覆蓋件衝壓線(xiàn)在吉文舉辦上梁(liáng)典禮
网站地图 草莓视频污在线观看-草莓视频IOS-草莓视频下载IOS-草莓视频黄色