基于Abaqus的齒圈壓板精沖工藝有限元分析(二)

基于Abaqus的齒圈壓板精沖工藝有限元分析(二)

Mar 13, 2024

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轉(zhuǎn)發(fā)自:第25卷 第3期 蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 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(wú)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)

精沖模具工藝過(guò)程大體分為4個(gè)階段[2]. pg???

1) 彈性變形階段.沖孔工作開(kāi)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(diǎn),材料向孔周圍流動(dòng)并開(kāi)始擠入凹模,產(chǎn)生定向塑性流動(dòng).

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(dòng),而大量擠入凹模洞口.此時(shí)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(méi)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(kāi)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(shí),沖裁力最大.本文的分析都是在

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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(guò)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(jì)算公式為

ps=Lt Sσb f1, (1) 式中:ps為沖裁力;Lt為剪切線周長(zhǎng);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(dòng),以獲得光潔的剪切面,計(jì)算公式為 pR=0.5ps. (2)

3) 反壓力在精密沖裁過(guò)程中,不但提供靜水壓應(yīng)力,而且還防止板料在加工過(guò)程發(fā)生彎曲.反壓力太小則板料在加工過(guò)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(jì)算公式為

pc=0.2ps. (3)

3 精沖工藝的有限元分析

有限元法是以計(jì)算機(jī)為工具,根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)和物理問(wèn)題的一種現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法.本文采用剛塑性有限元法對(duì)精沖加工過(guò)程進(jìn)行仿真模擬.把變形區(qū)離散成多個(gè)單元,取一個(gè)無(wú)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(duì)材料的約束作用而引起的正應(yīng)力.

實(shí)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(guò)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(xiàng)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(guò)程

某汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼厚法蘭如圖4所示,對(duì)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(méi)有針對(duì)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(jiǎn)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(duì)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(duì) ?у??⌋??

第25卷 蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)

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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(jì)算速度.

利用式(1)~式(3)分別計(jì)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(guò)程中的力學(xué)狀態(tài).研究表明[6]:在精沖過(guò)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(gè)精沖行程步(10%,20%,? ,

100%行程),用變形區(qū)內(nèi)各個(gè)單元的靜水壓應(yīng)力均值來(lái)衡量不同工藝參數(shù)對(duì)精沖質(zhì)量的影響.圖7、圖8 分別為精沖行程20%和50%時(shí)靜水壓應(yīng)力云圖.

以模具間隙為變量,以精沖過(guò)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(duì)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(duì)于圖4所示的不銹鋼法蘭件,模具間隙為0.3 mm時(shí),精沖件的質(zhì)量較好.這一結(jié)論與企業(yè)加工實(shí)際件的工藝參數(shù)設(shè)置相吻合,實(shí)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. ????mm

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(duì)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(guò)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(duì)精沖工藝質(zhì)量的影響.針對(duì)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(shí),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):

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作為示例,此外,還在每個(gè)學(xué)號(hào)文件夾中生成了一個(gè)“ XX批改報(bào)告.txt”,圖5選取第3位學(xué)生的批改報(bào)告作為示例.

4 結(jié)論

在PC上,一次自動(dòng)批改30道Excel操作題共耗時(shí)約2 min,而人工批改耗時(shí)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(shí)更少,效率更高.只要涉及Excel軟件操作,無(wú)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(shí)現(xiàn)針對(duì)具體Excel操作題的自動(dòng)批量批改或判卷程序. 參考文獻(xiàn):

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