免責(zé)聲明：本文援引自網(wǎng)絡(luò)或其他媒體，與揚鍛官網(wǎng)無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本站證實，對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關(guān)內(nèi)容。揚州鍛壓\揚州沖床\揚鍛\yadon\沖床廠家\壓力機(jī)廠家\鍛造廠家\

轉(zhuǎn)發(fā)自：第25卷 第3期 蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報 Vol.25，No.3

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

作者：談?wù)?，陳 偉2，張 雨2

(1.無錫鵬德汽車配件有限公司 工程技術(shù)部，江蘇 宜興 214211； 2.南京工程學(xué)院 汽車與軌道交通學(xué)院，江蘇 南京 211167)

精沖進(jìn)行了韌性斷裂理論分析，并對軸對稱精沖件的成形過程進(jìn)行了二維數(shù)值模擬；Zheng[3]開發(fā)了更新拉格朗日熱力耦合二維有限元程序和特殊設(shè)計的局部網(wǎng)格再劃分程序，分析了靜水壓力、熱效應(yīng)、材料損傷、塑性應(yīng)變、應(yīng)變率集中對精沖過程的影響；Sutasn Thipprakmas[4]利用有限元模擬方法結(jié)合田口技術(shù)和方差分析技術(shù)，研究了V形齒圈壓板的參數(shù)（高度、位置和角度）對精沖過程的影響；方剛等[5]對精沖的韌性斷裂進(jìn)行了數(shù)值模擬，預(yù)測了裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展.

經(jīng)過長時間的發(fā)展，有限元分析方法已經(jīng)被應(yīng)用到工程分析的各個方面，較為成熟的有限元分析軟件包括ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC.對普通沖壓成形工藝，一些公司開發(fā)了單獨分析軟件，如 Autoform，Dynaform及Hyperwork中的Hyperform模塊.由于精沖工藝較普沖工藝在工藝過程和力學(xué)特性上都有較大區(qū)別，因此，精沖工藝無法使用現(xiàn)有的普沖分析軟件.為此，筆者結(jié)合齒圈壓板精沖工藝原理、力學(xué)特性及有限元理論，提出使用有限元分析軟件ABAQUS，建立針對齒圈壓板精沖工藝的力學(xué)模型.

1 精沖工藝的基本原理

精沖的工藝原理如圖1所示.精沖過程中，凸模接觸精沖材料之前，壓邊力ps壓緊材料，通過壓邊圈上的V形齒的內(nèi)面產(chǎn)生橫向側(cè)壓力，將阻止金屬材料在剪切區(qū)內(nèi)撕裂和橫向流動.在沖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(tài)下由沖裁力作用，沿著凹模刃口的形狀呈純剪切的形式?jīng)_裁零件.由于剪切區(qū)內(nèi)的金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高了材料的塑 ?? 性.此時，材料沿凹模刃口形狀，以純剪切方式使材 ??? 料實現(xiàn)分離沖裁.

精沖模具工藝過程大體分為4個階段[2]. 

1) 彈性變形階段.沖孔工作開始，凸模接觸材料前施壓，使材料產(chǎn)生彈性壓縮而在凸模周圍發(fā)生材料聚集，形成不大的環(huán)狀突起.

2) 塑性變形階段.凸模及壓料板施加大壓力，達(dá)到材料的屈服點，材料向孔周圍流動并開始擠入凹模，產(chǎn)生定向塑性流動.

3) 剪切變形階段.當(dāng)凸模繼續(xù)下行，材料停止向孔周圍流動，而大量擠入凹模洞口.此時凸模刃口部分的材料達(dá)到材料的抗剪強(qiáng)度.故首先在發(fā)生應(yīng)力集中的鋒利刃口處產(chǎn)生顯微裂紋，但沒有剪裂.

4) 剪裂變形階段.凸模下行到一定程度，顯微裂紋在金屬材料內(nèi)部擴(kuò)展，并使材料沿凹模刃口出現(xiàn)剪切裂紋，開始斷裂.

2 精沖工藝的力學(xué)特性

精沖工藝的力學(xué)特性如圖2所示，圖2中，S表示材料厚度.

當(dāng)凸模進(jìn)入材料厚度的1/3時，沖裁力最大.本文的分析都是在談?wù)獾龋夯贏baqus的齒圈壓板精沖工藝有限元分析 2014年第3期

最大沖裁力下進(jìn)行.模具在工作過程中，其受力情況非常復(fù)雜，主要存在沖裁力、壓邊力、反壓力的作用.

1） 沖裁力是成型產(chǎn)品零部件所需要的力，影響沖裁力的因素主要有零件尺寸、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為沖裁力；Lt為剪切線周長；S為材料厚度；σb為抗拉強(qiáng)度；f1為系數(shù)，f1=0.6～0.9.

2） 壓邊力阻止材料在剪切區(qū)內(nèi)撕裂和金屬的橫向流動，以獲得光潔的剪切面，計算公式為 pR=0.5ps. (2)

3） 反壓力在精密沖裁過程中，不但提供靜水壓應(yīng)力，而且還防止板料在加工過程發(fā)生彎曲.反壓力太小則板料在加工過程容易彎曲，而且精沖質(zhì)量也不好；反壓力太大則沖裁力增大，增加了模具的載荷.反壓力計算公式為pc=0.2ps. 

3 精沖工藝的有限元分析

有限元法是以計算機(jī)為工具，根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)和物理問題的一種現(xiàn)代數(shù)值計算方法.本文采用剛塑性有限元法對精沖加工過程進(jìn)行仿真模擬.把變形區(qū)離散成多個單元，取一個無限小的正方體單元，分析該單元的應(yīng)力狀態(tài)，如圖3所示.

圖3中，py為凸模作用于材料的沖壓力 py=p'y+py''，p'y為頂件反力，py''為沖裁力.pv為

V形齒內(nèi)邊作用于材料的力；N為作用于材料的側(cè)向力；Fx，F(xiàn)y分別為模具表面作用于材料的摩擦力. σy是由py引起的正應(yīng)力；σvx，σvy分別由pv在x方向的分量pvx和y方向的分量pvy引起的正應(yīng)力；σn為模具等對材料的約束作用而引起的正應(yīng)力.

實現(xiàn)精沖技術(shù)的關(guān)鍵是在變形區(qū)建立靜水壓應(yīng)力狀態(tài)方程，靜水應(yīng)力可以表示為

? ? ? ?m ? ? x ? ?y z ? ， (4) 則精沖工藝過程中變形區(qū)的靜水壓應(yīng)力為

? ???m ?? ? ? ? ?vx ? ? ? ?n y vy z ? . (5) 因此，只要改變式(5)中右邊各項的數(shù)值，就可以達(dá)到提高靜水壓力的目的，進(jìn)而能提高精沖件的質(zhì)量.

4 Abaqus軟件仿真過程

某汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼厚法蘭如圖4所示，對其利用Abaqus軟件進(jìn)行精沖工藝有限元分析[7- 12].由于現(xiàn)有分析軟件中沒有針對精沖工藝的分析模塊，本文根據(jù)精沖工藝力學(xué)特性并結(jié)合有限元理論，構(gòu)造精沖工藝的有限元模型并進(jìn)行分析.

圖5為不銹鋼厚法蘭件精沖工藝簡易模具三維圖，圖中央部分表示初始平板坯料，其余部分表示凸模、凹模及壓邊圈等.

圖6為有限元網(wǎng)格模型.針對精沖工藝中模具上的重要部位，如模具刃口、齒形壓扁圈等，零件網(wǎng)格將局部細(xì)化，以提高模擬精度；針對 受力較小或者受力較均勻的部位，網(wǎng)格劃分將較粗略，以提高計算速度.

利用式(1)～式(3)分別計算法蘭件的沖裁力、壓邊力和反壓力，并在有限元分析中添加約束力及約束位移，使圖6中的有限元網(wǎng)格模型能夠模擬精沖工藝過程中的力學(xué)狀態(tài).研究表明[6]：在精沖過程中，提高變形區(qū)的靜水壓應(yīng)力可以很好地改善精沖件質(zhì)量.為此本文使用10個精沖行程步（10%，20%，? ，100%行程），用變形區(qū)內(nèi)各個單元的靜水壓應(yīng)力均值來衡量不同工藝參數(shù)對精沖質(zhì)量的影響.圖7、圖8 分別為精沖行程20%和50%時靜水壓應(yīng)力云圖.

以模具間隙為變量，以精沖過程中靜水壓應(yīng)力均值為衡量精沖質(zhì)量的指標(biāo)，探討不同模具間隙對精沖件質(zhì)量的影響.從圖9中模擬結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，對于圖4所示的不銹鋼法蘭件，模具間隙為0.3 mm時，精沖件的質(zhì)量較好.這一結(jié)論與企業(yè)加工實際件的工藝參數(shù)設(shè)置相吻合，實際精沖件質(zhì)量較好（光潔面寬度≥ 80%，塌角≤ 10%～25%料厚），證明模擬結(jié)果的有效性. 

5 結(jié)論

1) 分析了精沖工藝的基本原理及力學(xué)特性，為建立精沖工藝模擬的力學(xué)模型提供了基礎(chǔ).

2) 結(jié)合有限元理論及精沖工藝的關(guān)鍵技術(shù)，以Abaqus軟件為基礎(chǔ)，對汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼厚法蘭件進(jìn)行了有限元模擬仿真.

3) 通過提取并處理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，能夠有效地判斷精沖工藝各種參數(shù)設(shè)置對精沖工藝質(zhì)量的影響.針對不銹鋼厚法蘭的精沖參數(shù)分析，當(dāng)模具間隙為0.3 mm時，精沖質(zhì)量較好.

談?wù)獾龋夯贏baqus的齒圈壓板精沖工藝有限元分析 2014年第3期參考文獻(xiàn)：

[1] Lee T C，Chen L C，Zheng P F. Application of the finite element deformation method in the fine blanking process [J]. Journal of Materials Producing Technology，1997，63(1/ 3)：744- 749.

[2] 賈建軍，彭穎紅，阮雪榆. 精沖斷裂過程的有限元模擬[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報，2003，37(7)：1064- 1067.

[3] Zheng P F. Finite element analysis of the combined fi ne blanking and extrusion process[D]. HongKong： Hong Kong Polytechnic University， 2000.

[4] Sutasn Thipprakmas. Application of taguchi technique to investigation of geometry and position of V-ring indenter in fi ne-blanking process[J].

Materials and Design，2010(3)：2496- 2500.

[5] 方剛，曾攀. 金屬板料沖裁過程的有限元模擬[J]. 金屬學(xué)報，2001，37(6)：653- 657.

[6] 謝曉龍. 基于Oyane損傷和斷裂模型的厚板精沖過程數(shù)值模擬和缺陷預(yù)測[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報，2006，40(6)：927- 931.

[7] Chen Z H，Tang C Y，Lee T C，et al. Large deformation fi nite element analysis of strain localization in fi ne-blanking process[J]. Metals and Materials，1998，4(3)： 529- 532.

[8] Tang B T，Zhao Z，Lu X Y . Fast thickness prediction and blank design in sheet metal forming based on an enhanced inverse analysis method[J]. International Journal of Mechanical Sciences，2007，49(9)：1018- 1028.

[9] Yi Dongbao，Hoon H. Optimum design of trimming line by one-step analysis for auto body parts[J]. Journal of Materials Processing Technology，2006(3)：187- 188.

[10] Kim S B，Hoon Huh，Bok H H，et al. Forming limit diagram of auto-body steel sheets for high-speed sheet metal forming[J]. Journal of Materials Processing Technology，2011，211(5)：851- 862.

[11] Chebbah M S，Naceurb H，Gakwaya A. A fast algorithm for strain prediction in tube hydroforming based on one-step inverse approach[J].

Journal of Materials Processing Technology，2011，211(11)：1898- 1906.

[12] Zhuang Xincun. Numerical simulation and optimization of process parameters in fi ne blanking process[J]. Journal of Southeast University， 2006，22(4)： 514- 518.

(責(zé)任編輯：李 華)

(上接第21頁)

作為示例，此外，還在每個學(xué)號文件夾中生成了一個“ XX批改報告.txt”，圖5選取第3位學(xué)生的批改報告作為示例.

?OHF[(???????從?? ??????????

4 結(jié)論

在PC上，一次自動批改30道Excel操作題共耗時約2 min，而人工批改耗時約2 h，相比人工批改，效率提高了約60倍，若PC配置更高，則耗時更少，效率更高.只要涉及Excel軟件操作，無論是作業(yè)練習(xí)，還是考試考核，均可借助該程序框架輕松實現(xiàn)針對具體Excel操作題的自動批量批改或判卷程序. 參考文獻(xiàn)：

[1] Jonathan Bennett & AutoIt Consulting Ltd.AutoIt automation and scripting language [EB/OL].(2013- 12- 30)[2014- 03- 20].http：//www. autoitscript.com/site/autoit/.

[2] 孫華峰. 信息技術(shù)實驗指導(dǎo)[M]. 北京：高等教育出版社，2013：169- 180.

(責(zé)任編輯：李 華)