1、重庆大学硕士学位论文厚板冲裁过程的模拟仿真及其参数优化姓名康凤申请学位级别硕士专业材料加工工程指导教师周杰20050501更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文中文摘要I摘要随着现代冲压技术的迅速发展及其应用范围的不断扩大许多结构零件采用厚板冲制而成这不仅能保证零件有足够的强度和刚度而且还可以提高零件的使用寿命提高劳动生产率从而降低生产成本因此厚板冲裁技术作
2、为现代冲裁技术的主要发展方向与开拓项目越来越引人注目。但是厚板冲裁时由于冲头受力条件恶劣在设计、制造、使用过程中的种种因素都可能导致冲头弯曲、崩刃、折断、磨损严重而导致模具寿命过低。而模具寿命是衡量模具技术和经济水平的重要指标,发展模具新结构、新工艺、新材料,大幅度提高模具寿命是我国模具工业发展中的一个重要内容。另一方面对于厚板冲裁的冲件产品其质量很差尤其是冲切面参差不齐、尺寸与形位精度低对于冲材轮廓复杂的冲件至今难以生产。本论文在综合查阅消化吸收大量国内外技术资料的基础上对厚板冲裁成形方法进行了研究。首先分析研究厚板冲裁成形过程指出了影响厚板冲裁成形过程的主要因素并研究了板厚凸、凹模间隙以及
3、刃口小圆角对厚板冲裁成形工艺的影响。其次简要介绍了计算机仿真技术所依赖的有限元理论基础并对体积成形专用有限元模拟仿真软件Deform的应用特点及功能做了总结和分析。 然后运用模拟仿真软件 Deform 2D 分别进行了应力应变分析以及变形过程的分析。之后运用 Deform 3D 分析了板厚凸、凹模间隙以及刃口小圆角等工艺参数对成形结果的影响并得到了这些因素对厚板冲裁成形结果的基本影响规律。最后通过对厚板冲裁技术的探讨针对厚板冲裁成形工艺的要求和特点设计了厚板冲裁成形模具装置并针对如何减小冲裁力提高模具寿命提出了厚板冲裁的凸模设计要点。本文对厚板冲裁成形技术的分析方法和得出的结论能够满足生产应用
4、的基本要求对于今后该项技术的进一步研究及推广应用将具有较为普遍的指导和参考意义。关键词厚板冲裁断裂准则有限元模拟仿真网格重划更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文英文摘要IIABSTRACTAlong with the rapid develop of the punch technology, and the expands of therange of
5、the application of modern times, many parts pressed with the thick blank. Thiscan not only ensure the intension and the rigidity of the parts, but also can heighten thelife-span of the parts, heighten the working productivity, then consequently depressedthe cost of the produce. So, by way of the pri
6、mary evolutive direction, the technology ofthe Blanking of the thick blank is coming to front more and more now.But because of the bad condition of the punch received during the blanking, varietyfactors during the process during its design, making and using, can lead the punchbending, moldering, bre
7、aking, and even abrasion to make the life-span of the diedepressing. Further more, the life-span of the die is a important guide line which canscale the technology of the die and the level of the economy. One of the importantcontent of our countrys industrial development is to develop the new struct
8、ure of thedie, new technics, new materials, and energetically increase the life-span of the die. Onthe other hand, the product of the blanking, its quality is very bad, especially thesurface of the cutting is ragged, the precision of the size and the figure were very low,and for the parts whose figu
9、re were complex, it can not produce now.On the base of synthesis consult and digest absorb a great deal of overseas anddomestic literature information, investigate the forming process of the thick blankcutting. First, analyse the thick blank cutting process and the forming rule, indicate theinfluenc
10、es of the thick blank cutting process, and investigate the thickness and theclearance forming capability. Then, simply introduce the finite element theoryfoundation of computer simulation technology, analyse and sum up the application traitand function of the volume forming simulation softwareDeform
11、. Thirdly, by using thedynamic explicit finite element simulation software Deform 2D, analyse the stress andthe strain, process of forming. Afterwards, by using the Deform 3D, analyse thethickness,clearance, and the radius of the blade, and elicit their infection disciplinariancurve.point out their
12、loading relationship, and elicit optimal loading curve.Lastly,discuss the technology of the thick blank cutting, Aiming at the characteristic andrequest of the thick blank cutting, design the forming die. And aim at how to decreasethe pressing force and improve the life-span of the die, put the Esse
13、ntial of its punchdesign forward.更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文英文摘要IIIThe analysis method and the conclusion in this paper can fulfil the manufacturingrequirement , and has universal guide an
14、d reference means to the continual applicationof investigation and generalization .Keywords: thick blank,cut,FEM Simulation,gridding redraw更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文1绪论11绪论1.1 厚板冲裁加工概述厚板冲
15、裁加工属于板材剪切与冲裁加工的一种。大多数毛坯在加工成零件之前一般都要经过一道切断工序。虽然切断的方法很多但是剪切和冲裁加工与其他加工方法相比具有快速、高效、切断件的质量稳定、适合批量生产等特点在生产中得到了普遍应用。剪切加工不仅可用于材料的切断加工合理设计模具还可以提高剪切加工制件的精度直接得到所需形状和尺寸的零件。因此冲裁工艺也是冲压生产的主要工艺方法之一。剪切加工是指借助模具使材料分离的各种冲压加工方法的总称。通常所说的冲压成形及其它的塑性加工工艺一般是指在不引起被加工材料的很小区域内产生很大的塑性变形而且以破坏分离为最终目的这就使得这种看似简单的加工方法比其他塑性加工工艺复杂的多在加工
16、过程中往往伴随着一些不能简单说明的复杂现象。1使用恰当的模具对板材、线材、型材或棒料等进行剪切加工在切断面上产生以剪切应力为主的应力最终将材料剪切分离得到所需形状和尺寸的制件。普通剪切加工与切削加工相比得到的制件尺寸精度和断面质量一般较低但采用精密剪切法得到的制件其精度并不低能满足相当高的使用要求剪切制件是借助于具有一定形状的模具得到的故制件的形状和尺寸都比较稳定且互换性好一套模具可以使用数万次刃磨后还可以继续使用适用于批量生产另外剪切加工只产生一个切断面与车、铣、刨等切削加工方法相比切断所消耗的能量很小且实际切断时间在 0.1 秒以内。因此剪切加工方法具有高效、节能、节材、生产成本低等优点特
17、别是当把板材剪成异形轮廓制件时这些优点更为突出。2对于管材与型材的切断剪切加工不仅不会产生废料合理设计工艺参数还可以提高断面质量、降低冲裁力等与切削加工相比具有独特的优势它逐渐取代了其他切断方法而成为一种极其重要的加工方法。剪切加工多数情况下是在普通压力机上采用模具实现切断分离的它不仅能取代某些切削加工在冲压生产中它还能为其他成形工序如弯曲、拉深、胀形、翻边等准备毛坯以及在成形的冲压制件上进行切口、剖切、修边等冲压加工。对于厚板冲裁至今仍然没有标准的料厚范围但根据冲裁加工的常规加工料厚范围一般认为板厚4mm 的板料为厚板材料。3更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研
18、究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文1绪论2近年来随着模具技术的提高高性能模具新材料的推广应用制模工艺的不断完善尤其是厚钢板精冲工艺的不断开拓与使用中厚与厚钢板的冲压加工以其高的生产率、优越的冲压件质量和丰厚的经济效益引起广泛的关注已经有取代铸、锻工艺的趋势。4它为切削加工提供的半精化毛坯具有节省加工工时和耗能、减少环境污染、降低成本、提高产品质量等多方面的综合效益。目前,在汽车、农机、工程及建筑机械等行业中,厚板冲裁已
19、得到了广泛的应用并取得了较好的经济效益。 特别是近年来,随着材料科学的发展,尤其是高强度,高耐磨性的模具材料的出现 ,以及模具加工技术的不断改进,为解决厚板料冲裁时的模具问题奠定了良好的基础。51.2 本文的选题意义及厚板冲裁的研究现状1.2.1 本文的选题意义随着现代冲压技术的迅速发展及其应用范围的不断扩大许多结构零件采用厚板冲制而成这不仅能保证零件有足够的强度和刚度而且还可以提高零件的使用寿命提高劳动生产率从而降低生产成本因此厚板冲裁技术作为现代冲裁技术的主要发展方向与开拓项目越来越引人注目。但是厚板冲裁时由于冲头受力条件恶劣在设计、制造、使用过程中的种种因素都可能导致冲头弯曲、崩刃、折断
20、、磨损严重而导致模具寿命过低。而模具寿命是衡量模具技术和经济水平的重要指标,发展模具新结构、新工艺、新材料,大幅度提高模具寿命是我国模具工业发展中的一个重要内容。另一方面对于厚板冲裁的冲件产品其质量很差尤其是冲切面参差不齐、尺寸与形位精度低对于冲材轮廓复杂的冲件至今难以生产。6剪切与冲裁加工这种看似简单实则变形过程复杂的加工方式由于变形区狭小变形剧烈局部变形程度大且以断裂方式告终对其变形区应力、应变情况、裂纹扩展及断裂及内在规律性的研究较为困难。7剪切加工在生产中的应用虽广也具有其他方法不能代替的优点但用普通方法生产的制件的形状和尺寸精度相对较低不能满足高质量的使用要求因此在某种程度上限制了这
21、种方法的应用。这主要是因为剪切加工过程本身非常复杂用普通的分析手段和方法很难掌握剪切加工过程的变形机理和断裂分离机制。而由于剪切加工理论的不完善及研究工作的不足使得剪切加工工艺的应用一直停留在一个较低的水平上在一定程度上也制约了冲压生产的发展。因此对剪切加工工艺进行深入的研究显得越来越重要。更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文1绪论31.2.2 厚板冲裁的
22、研究现状自二十世纪九十年代开始日本学者在这方面做了相对较多的工作。1998 年汤川伸树等学者用 FEM 对板料剪切时的断裂前的加工过程进行了模拟采用了刚塑性模型三角形单元得出了相对间隙和刃口圆角尺寸对应力、应变分布的影响规律提出了用有限元模拟得到的静水应力分布规律来预测板胚中初始裂纹的发生点的方法。81997 年小森和武等人采用节点分离及网格重划分技术对冲裁加工进行了分析。9香港理工大学的 Z.H.Chen 等用 FEM 模拟了精密冲裁过程需要抑制裂纹的产生以获得最大光亮带的要求为此对冲裁过程进行了细致的分析给出了应力、应变的分布规律在计算过程中采用了不同的算法解决了计算过程中的大转动和卸载问
23、题。10荷兰的Y.W.Stegeman等采用弹塑性Von-Mises模型对冲裁加工过程进行了模拟得到了剪切速度对剪切力的影响还采用了精确的网格试验法在变形区画上网格用显微镜对网格的变形进行观测得出冲裁过程中模具切入量和材料应变分布的关系。11在国内彭成允等人根据塑性成型理论和厚板小孔冲裁机理并结合生产实际运用主应力法和上限法对冲裁过程建立了力学模型进行了应力分析。12李兴成等人运用实验法分析中厚板冲裁时影响冲裁力的几个主要因素并由试验确定了对于给定厚度的板料斜刃口模具倾角对冲裁力的影响是主要的。13秦松祥等人则认为由于间隙的存在工件实际所受的应力是与轴向冲裁方向呈一夹角的应力而不是通常认为的处
24、于轴向的纯剪切单向应力状态。14秦泗吉等人提出当材料性能等其它条件一定时,冲裁力随着板厚的增大而增大,但单位板厚上的冲裁力则随着板厚的增加而减小并且在有限元模拟和实验分析的基础上,提出了计算冲裁力的新方法。15张纪梁等分析了材料厚度对冲裁力大小的影响原因。提出了厚板冲裁力计算应以诺谟图为准进行,并给出了新的精确计算的公式,同时对影响最大冲裁力的因素如冲裁力与凹模积件的关系,与下死点的关系以及与凸模表面粗糙度的关系进行了分析。16华南理工大学的周照耀等人分析了各工艺参数对厚板精冲过程及工件成形的影响及其变形机理,分析了厚板精冲机理。17杨占尧等人分析了厚板冲裁存在的问题介绍了厚板冲裁模的设计要点
25、分析了确定压力机时所要考虑的因素。18由于断裂或破坏问题的复杂性迄今为止用物理方法还不能定性的描述断裂过程的许多特点涉及断裂过程的弹塑性断裂力学的理论还不完善对此类问题的研究还有许多困难。利用连续介质力学的理论借助于数值计算技术目前可以求出在某外力作用下物体内的应力场和位移场等。19但正如许多研究者指出的那样精确确定位移场和应力场的方法与下一步关于断裂或破坏问题的及粗糙的估算之间有明显的差异。更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家
26、管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文1绪论4尽管存在很大困难断裂或破坏问题一直是塑性加工中值得关注的问题对板料剪切加工方式中的断裂问题的研究都是近几年的事。B.P.P.A Gouveia 等考虑了多种破坏准则下的裂纹扩展模型但这种模型并不适用于板材剪切时的裂纹扩展。20S.H.Jeong 等根据损伤理论将断裂机理用于板材剪切加工的分析中在FEM 分析时将过度损伤的单元消除。21S.E.Clift 等为了考察金属成型过程中的断裂问题用数值模拟的方法采用几种断裂准则分析了裂纹的扩展并和试验结果做了对照但采用的模型只适于特定的工艺和几何形状22在分析板料的断裂行
27、为时许多学者采用了 A.L gurson 给出的板材加工时的断裂模型。23此外在板材剪切加工中采用的破坏准则包括最大塑性应变准则静水压应力准则硬化梯度最大准则。把这些破坏准则应用到板材剪切加工分析中还需要一些特殊的方法。24发达国家特别是日本在这一理论研究和实际应用方面都作了一些研究工作从近几年涉及厚板剪切与冲裁加工的文献资料可以看出目前的研究已经从试验研究与理论分析过渡到与数值模拟相结合 但分析方法和研究内容限于简单化。25随着生产发展的需要和人们生活水平的提高对厚板制件的要求会越来越高其发展和普及依赖于材料技术模具技术和冲压设备生产技术以及相关基础工艺的发展与进步。因此开发和应用厚板冲裁技
28、术实际上是一个涉及众多基础工艺技术领域的系统工程是现代冲压技术的关键研讨课题。厚板冲裁尤其是平刃口厚板冲裁时带来的超标噪声严重污染环境并危害工人身心健康。冲裁时的噪声大小除与设备传动系统结构有关外还与压力机公称力、滑块行程速度、冲件料厚等因素有关。生产中实测的结果是厚板冲裁时开式压力机的噪声达 95102dB闭式单点和双点压力机的噪声达 102105dB摩擦压力机的噪声达 102115dB。当采用热冲或斜刃口冲裁时上述各类冲压设备工作时噪声将显著下降。26厚板冲裁时凸凹模要承受更大的压应力尤其非圆断面凸模的尖角、凸耳、折线交点处 接触应力远大于平均压应力 以致于超过通常的 T7A、 T8A、
29、10A、rC 12、rC 12oM V、GrC 15 等材料制造的凸凹模的许用压应力使其局部应力超过极限应力而崩刃、开裂较细而又未加固的凸模则经常折断凹模则在冲裁轮廓折线交接处、锐角顶的小圆角根部易突然开裂。27因此采用高强度、高耐磨优质冲模新材料取代上述常规冲模材料制做厚板冲模十分重要。本项研究可望弥补厚板冲裁这方面理论研究的不足对丰富冲压工艺理论开发在汽车、机械等工业有广泛的应用前景的新的厚板冲裁加工工艺提高冲压制件的产品质量等方面有着重要的意义。更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及
30、博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文1绪论51.3 本文的主要研究内容及目的1.3.1 研究的目的本课题将通过对厚板冲裁过程的数值模拟仿真找出影响厚板冲裁制件质量以及模具寿命的关键因素对成型缺陷进行预测通过优化相关参数改进厚板冲裁的工艺技术从而在提高厚板冲裁制件质量的基础上延长模具的使用寿命。1.3.2 本文的主要研究内容(1) 运用 Deform 2D 进行模拟分析在剪切线为直线的情况下分析板厚为7mm 的厚板材料内部的应力应变状态,为后续有限元研究和实验研究提供依据。(2) 运用有限元软件 D
31、eform 3D 进行模拟分析建立有限元模型并且对不同板厚的相同材料进行模拟分析,综合分析板厚对厚板冲裁的影响规律并分析了各种减小冲裁力的方法对于厚板冲裁的加工研究提供参考。(3) 模拟分析对于料厚为 7mm 的厚板 20Cr 材料的凸、凹模间隙以及凹模过渡区圆角半径的影响分析它们的影响规律通过模拟仿真得出其最佳间隙。(4) 通过对 20Cr的 7mm 厚板的模拟仿真,分析将 Normal C&L 断裂准则应用在冲裁加工中的可行性。(5) 针对厚板冲裁的成形特点设计厚板冲裁相应的模具装置分析为了减小冲裁力的模具特点。更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的
32、学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文2厚板冲裁加工工艺原理6图 2.1板材剪切加工工艺原理图Fig. 2.1 Schematic diagram of sheet metal cutting process2厚板冲裁加工工艺原理2.1 厚板冲裁变形分析2.1.1 厚板冲裁过程与普通冲裁一样厚板冲裁的冲裁过程也从弹、塑性变形开始以断裂告终也分为三个阶段如图 2.1 弹性变形阶段冲裁开始时板料在凸模的压力下发生弹性压缩和弯曲。凸模继续下
33、压板料底面相应部分材料略挤入凹模孔口内。板料与凸、凹模接触处形成很小的圆角。由于凸凹模之间有间隙存在使板料同时受到弯曲和拉伸的作用凸模下的板料产生弯曲位于凹模上的板料开始上翘间隙越大弯曲和上翘就越严重。 塑性变形阶段凸模继续下降压力增加当材料内部应力达到屈服点时板料进入塑性变形阶段。此时凸模开始挤入板料并将下部材料挤入凹模孔内板料在凸凹模刃口附近产生塑性剪切变形形成光亮的剪切断面。在剪切面的边缘由于凸凹模间隙的存在而引起的弯曲和拉伸的作用形成圆角。随着切刃的深入变形区向板材的深度方向发展、扩大应力也随之增加变形区材料的硬化加剧载荷增加最后在凸模和凹模刃口附近达到极限应变与应力值时材料便产生微裂
34、纹这就意味着破坏开始塑性变形阶段结束。 断裂分离阶段此时凸模继续压入凸凹模刃口附近产生的微裂纹不断向板材内部扩展若间隙合理上下裂纹则相遇重合板料被拉断分离。由于拉断的结果断面上形成一个粗糙的区域。当凸模再下行冲落部分将克服摩擦阻力从板材中推出全部挤入凹模洞口冲裁过程到此结束。28更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文2厚板冲裁加工工艺原理72.1.2 厚板冲
35、裁加工变形区力态分析板材剪切加工过程中在刃口附近产生的应力应变状态非常复杂。应力应变状态的分布直接影响剪切加工过程和最终结果如裂纹的形成及扩展最终切断面的形成成型力及模具的磨损等都和应力应变状态有关。由于凸凹模之间存在间隙使凸凹模施加于板料上的力产生一个力矩其值等于凸凹模作用的合力与稍大于间隙的力臂的乘积。力矩使材料产生弯曲故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触接触面宽度约为板料厚度的0.20.4 倍。因此凸凹模作用于板料的垂直压力呈不均匀分布随着向凸模刃口附近靠近而急剧增大这正是剪切加工时模具容易磨损和崩刃的原因。29图 2.2板坯受力图Fig. 2.2 Diagram of shee
36、t metal under load图 2.3剪切区应力状态图Fig. 2.3 stress states diagram of shearing region更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文2厚板冲裁加工工艺原理82.2 剪切裂纹的形成与发展金属一般都能承受一定的塑性变形而不破裂同理厚板冲裁也必定是塑性变形增大到一定值时断裂才能开始。这种极限塑性应变
37、值(无裂纹)与应力状态及应力大小有关随着静水压应力的增大而增加。30厚板冲裁时最大应变发生在刃口附近由应力状态分析中得知凸、凹模刃口侧面静水压应力低于断面静水压应力且凹模刃口侧面静水压应力最低所以首先在凹模刃口侧面处板料中产生裂纹继而才在凸模的刃口侧面处产生裂纹上、下裂纹重合后工件最后分离。31因此在裂纹形成时就在冲裁件上留下了毛刺。图 2-4 为岩田一明用扫描电镜观察裂纹形成过程后绘制的凹模侧裂纹成长模型图。裂纹首先在凹模刃口侧面发生裂纹产生后先向废料(落料)侧发展主裂纹暂停发展然后裂纹前端附近依次重新产生微小裂纹微小裂纹根部汇成主裂纹直到主裂纹成长到凸模侧产生的裂纹汇合而使板料断裂微裂纹与
38、主裂纹的方向是逐渐由废料侧转成成品侧的。间隙过大时只是在凹模刃口侧面产生裂纹且裂纹发展不大直到凸模行程比超过 100板料才逐渐颈缩直至断裂。32主裂纹主裂纹成长停止裂 纹凹 模图 2.4典型裂纹的成长模型图a 产生第一微裂纹b第一微裂纹成长停止 c产生 2、3 微裂纹 d主裂纹的成长Fig.2-4 model of typical crack growinga)produce the first crackb) the first crack stop growingc) produce twice,the third crackd) the primary crack stop growin
39、g更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文2厚板冲裁加工工艺原理9上诉裂纹成长的方向与由视塑性法求出的最大切应变速度方向大致相同所以归结起来说冲裁时由于刃口附近的应变与应力集中加上拉应力的作用造成了裂纹的产生与扩展裂纹产生后大致沿最大切应变速度方向发展。2.3 冲裁断面分析与普通冲裁一样厚板冲裁的断面也有如下图 2.5 所示的特征由于冲裁变形的特点使冲出的工件
40、断面明显的分成几个特征区即塌角光亮带断裂带及毛刺。 塌角这个区域的形成主要是当凸模下降刃口刚压入板料时刃口附近产生弯曲和伸长变形刃口附近的材料被带进模具间隙的结果。 光亮带这个区域发生在塑性变形阶段。主要是由于金属板料产生塑性剪切变形时材料在和模具侧面接触中被模具侧面挤光而形成的光亮垂直的断面。通常占全断面的 1/21/3。 断裂带这个区域是在断裂阶段形成的。是由刃口处的微裂纹在拉应力的作用下不断扩展而形成的撕裂面其断面粗糙具有金属本色且带有斜度。 毛刺毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期凸模和凹模的刃口切入被加工材料的一定深度时刃口正面材料被压缩刃尖部分为高静水压应力状态使裂纹起点不会在刃尖处
41、发生而是在模具侧面距刃尖不远的地方发生在拉应力作用下裂纹加长材料断裂而产生毛刺。裂纹的产生点和刃尖的距离成为毛刺的高度。332.4 影响厚板冲裁加工的因素影响厚板冲裁的因素很多与普通冲裁一样也会受到冲裁间隙、刃口形状、约束条件、剪切线形状、冲裁速度、润滑等因素的影响而在这些影响因素中间隙对剪切制品的质量、冲裁力等起着非常重要的作用。对于厚板冲裁板料的相对厚度对冲裁加工也有着很大的影响。具体的影响因素如下图 2.6 所示341.塌角2.光亮带3. 断裂带4.毛刺图 2.5剪切断面示意图Fig. 2.5 Schematic diagram of geometric variables distri
42、bution of shearing section更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文2厚板冲裁加工工艺原理10原始因素过程结果系统调整因素机床传动形式滑块导向压边力反压力冲裁速度工件剪切线板厚材料模具.冲裁间隙冲裁刃口润滑.润滑材料涂敷润滑材料量过 程 因 素工艺. 冲裁力. 应力状态. 延伸率. 冲裁功干扰因素模具磨损工件. 冲裁面质量. 尺寸精度.
43、 形状精度. 边缘区影响经 济 性生产量寿命生产费用图 2.6影响厚板冲裁加工的因素Fig.2.6the factor infecting the process of the thick sheet cutting更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文3厚板冲裁有限元理论基础113厚板冲裁的有限元理论基础3.1 引言有限元发展至今 已能成功的处理许多塑性加
44、工问题。 在有限元模拟过程中要涉及一些具体的技术问题如采用的有限元格式和算法选用的材料模型和几何模型对模型的分析及简化对各种非线性(如几何非线性、材料非线性和接触非线性)问题的处理方法网格重划技术断裂问题的处理前后处理(如几何模型的建立、结果处理)等。针对不同的塑性加工问题解决和处理的方法可能有所不同。因此为了揭示板材剪切与冲裁加工问题的某些共性规律减少或节约计算时间及试验费用在进行实验和有限元分析之前需要对其作一定的理论准备工作。板材的冲裁加工是分离工序的基础和主要加工方式是一个既有变形又有分离的及其复杂的塑性加工问题。这种加工方式在刃口附近产生变形的剧烈程度及在断裂前产生的极限塑性应变值远
45、高于其他塑性加工变形和断裂过程中出现的一些复杂现象至今未能得到很好的解释。就变形而言它远比冲压加工的成形工序如拉深、弯曲、胀形、翻边等复杂。对成形工序进行分析时通常可在一些假设的条件的基础上用理论分析的方法对诸如应力、应变、变形力等进行预测或计算而对冲裁加工则很难进行类似的理论分析。此外板材的冲裁加工过程中的断裂问题也非常复杂不仅需要建立与实际相符的断裂判据为了模拟加工过程还要将采用的断裂判据用到有限元分析中。因此研究板材冲裁加工遇到的理论问题很多用有限元模拟时还涉及一些需要特殊解决的具体问题主要包括 用相似理论分析板材的剪切加工过程 对某些共性问题 如对剪切加工过程中的剪切力或冲裁力等与加工
46、条件(如板厚、间隙、约束条件等)的关系进行分析为进一步的有限元分析和实验研究提供依据。 几何模型、边界条件的建立及简化。对于板材的剪切加工当剪切线为直线时可对模型进行简化这样可大大减少计算工作量。 有限元网格重划技术。 目前用于分析塑性加工问题的商用分析程序多没有网格重划功能因剪切加工过程中局部变形量大网格畸变程度严重需要适时的对网格进行重划。根据有限元基本理论和现有的有限元分析程序进行恰当的处理可解决这一技术问题。对于分析像厚板冲裁加工这种极端变形问题网格重划已经成为解决此类问题的一个不可逾越的关键技术。 计算收敛性问题的处理。 由于同样的原因 用有限元模拟厚板冲裁加工过更好看更何况更好看好
47、看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大学硕士学位论文3厚板冲裁有限元理论基础12程如何解决收敛性也成为解决问题的关键。实践表明网格的形状与密度、约束条件及接触边界条件等对收敛性都有很大的影响。 建立与实际相符合的适用于厚板冲裁加工过程的断裂判据 寻求将其运用在有限元分析中的方法。3.2 基于相似理论的模型分析由于塑性加工过程的复杂性在此过程中发生的一些物理现象很难用定量关系来描述。如金属的流
48、动、接触面上的摩擦、塑性变形过程中热量的产生和传递、材料显微组织和性能与过程条件之间的关系等都很难预测和定量分析。对于成形过程进行理论分析、有限元模拟或试验模拟时都要对所研究的问题进行抽象以及必要的简化即对变形体及受力的模型进行简化以便于进一步的分析和研究。对于塑性加工过程进行物理模拟时应首先对所研究的问题进行模拟分析。一般的当成形制件尺寸过大或过小、成形材料强度高、成形条件苛刻(如成形温度高、 成形力大)等 为了节省试验费用和缩短试验周期 多根据模型相似的原理降低实际成形条件进行模拟实验然后将实验结果推广到实际成形过程。进行数值模拟时也同样涉及模拟分析问题对成形过程中的各种因素进行假设和抽象
49、及简化如材料模型、几何模型、接触条件、对称性、热生成及传递、组织变化等。在厚板冲裁加工过程中当剪切线为直线时一般板坯沿剪切线长度方向的尺寸的尺寸远大于板厚和模具的间隙而剪切加工的变形区是在间隙区附近这样沿剪切线方向的变形可以忽略因此可以认为厚板冲裁加工时板料处于平面应变状态即沿剪切线长度的变形为零。在不考虑刃口形状(认为刃口圆角为零)的情况下厚板冲裁的初期变形模型较为简单若不考虑压料板和剪刃的间隙模具相对间隙 c/t(间隙与厚度之比)完全决定了这种加工方式情况下几何模型的形状 而相对间隙 c/t 是实际设计模具选用的主要工艺参数 且当使用要求(一般按使用要求确定间隙)和材料相同时 相对间隙是不
50、变的 故可采用相似理论对厚板冲裁加工模型进行简化分析。3.3 有限元分析的塑性理论基础塑性理论是有限元分析的基础这方面的内容很多以下只就网格重划技术中涉及的理论问题主要是增量理论的基本理论加以简要的宗诉。塑性材料的基本特征是应力应变之间不存在唯一的对应关系而依赖于变形的历史。根据应力应变全量关系建立起来的形变理论的应用受到很大的限制特更好看更何况更好看好看更好看过后付费核发规划法规和硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文具有一定的理论深度和更高的学术水平更加硕士是一个介于学士及博士之间的研究生学位(Post-Graduate)拥有从国家管理部门来看2009年3月的教育部全国专业学位教育指导重庆大
