精冲工艺的数值模拟与实验研究

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精密冲裁是一种新型的金属压力加工方法,具有优质、高效、低消耗的特点,其技术经济效益十分显著。自从1923年发明了此项冲裁工艺以来,已在世界各地得到推广,在仪器仪表、办公设备、家用电器、轻工机械、汽车、军械、航空器械等方面都有广阔运用,已经成为现代工业降低成本、提高性能、增加效益的重要技术措施之一。精冲成形过程非常复杂,材料在狭窄的凸、凹模间隙附近形成了局部塑性剪切带,在压应力的作用下产生强烈的塑性流动,应力应变梯度很大,是一个经历弹性变形、塑性变形和剪切断裂的非稳态大变形过程。传统的研究方法都是依靠大量的实验和简单的力学分析,找出某种经验或者是半解析公式,用来计算力能参数。塑性成形仿真技术的发展为研究精冲成形机理并从而预测产品成形缺陷、优化工艺参数提供了新途径。本文模拟所利用的DEFORM-3D软件就是一款优秀的塑性成形仿真软件。本文中,对形状简单的圆盘形45钢零件的精冲过程进行了数值模拟,得出了材料变形过程中静水应力、等效应力和等效应变的分布图,预测了其发展趋势,解释了精冲各个阶段的发展直到最终断裂的全过程,并绘制了精冲力能曲线。从压边力、反压力、相对冲裁间隙、压边圈齿形参数等各种因素出发,分析了这些因素的变化对于变形区应力应变场与剪切面裂纹产生的关系,并得出了压边力与反压力的合适配合比例,以及其他参数的正确取值范围。针对有拐角精冲件进行了专门模拟,证明精冲件拐角处确实存在应力集中现象,在设计中应尽量减小尖角,采用光滑的过渡代替。最后总结了精冲中常见的质量缺陷,以及解决的方法。在本文实验部分中,对模拟采用的圆盘件进行了试冲,分别以冲裁间隙、压边力、反压力、凸凹模圆角和压边圈齿形距离作为变量,每次只改变一个(或两个)参数,绘制了该参数与冲裁光洁面比例的关系图,从而得到这个参数对精冲质量的影响趋势。实验结果与模拟结论基本吻合,证明利用DEFORM-3D软件进行质量控制,可以减少精冲设计时间和降低实验成本,提高效率。
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