Jan 05, 2024
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轉(zhuǎn)發(fā)自:專題報(bào)道
作者:文/羅丞,屈亞奇,張祥林,華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
減小精沖齒形件(尖角處)的塌角是業(yè)界十分關(guān)注的工作,本文通過成形流速仿真形象說明了塌角的形成機(jī)理,即條料上壓邊部分對零件部分的牽扯力,導(dǎo)致零件塌角部分材料向下運(yùn)動的速度小于其他部分的材料。目前減小塌角的改進(jìn)方法有增大反頂力、對向凹模精沖、負(fù)間隙精沖、修整、預(yù)壓以及級進(jìn)分步切角等方法。揚(yáng)州鍛壓\揚(yáng)州沖床\揚(yáng)鍛\yadon\沖床廠家\壓力機(jī)廠家\鍛造廠家\
題
羅丞,碩士研究生,主要從事精沖工藝設(shè)計(jì)及模具開發(fā)方向的研究。
本文對這些方法進(jìn)行了一一分析對比。
丶 用精沖工藝生產(chǎn)齒形件(可引申為
表1精沖工藝參數(shù)
厶帶尖角零件)越來越成為一種趨勢,但若塌角過大會使零件的工作面積顯著減小,進(jìn)而削弱零件的使用性能。本文通過有限元方法,探索了塌角產(chǎn)生的機(jī)理,并比較了幾種方法的優(yōu)缺占
精沖塌角成形機(jī)理有限元分析
有限元型建立表結(jié)栗為了說明塌角的形成機(jī)理,運(yùn)用有限元模擬軟件DEFORM—2D對沖裁過程進(jìn)行數(shù)值模擬。采用二維軸對稱模型,精沖工藝參數(shù)見表1,板料為彈塑性體,凸模、凹模、壓邊圈、反頂器皆為剛性體,模擬中不考慮溫度變化對材料的影響。有限元模型及網(wǎng)格劃分,如圖1所示 劃分10000個(gè)網(wǎng)格,為防止網(wǎng)格畸變,整體網(wǎng)格每計(jì)算5步進(jìn)行一次網(wǎng)格重劃分,以保證運(yùn)算順利進(jìn)行。
項(xiàng)目 工藝參數(shù)
材料 AIS141 37
沖裁間隙 o,025mm
凹模圓角 o,3mm
壓邊力 280kN
反頂力 1 10kN
材料厚度 5mm
圖1精沖有限元模型
29
專題報(bào)道 Features
在零件的中間和邊緣產(chǎn)生塌角的位置各取一占進(jìn)行點(diǎn)跡跟蹤,根據(jù)模擬結(jié)果觀察它們的速度變化。圖2a為塌角產(chǎn)生的初始時(shí)刻,材料的運(yùn)動速度圖,圖2b為塌角產(chǎn)生之后,材料的運(yùn)動速度圖??赏ㄟ^顏色分布觀察到在塌角開始產(chǎn)生的時(shí)候,零件由內(nèi)向外的運(yùn)動速度是逐漸減小的,在零件邊緣速度最小,圖中的速度曲線分別為靠近零件中心部分的PI點(diǎn)和零件邊緣處的P2點(diǎn)的速度曲線。精沖的塌角大部分是在沖頭剛進(jìn)入零件的前一小段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生,這段時(shí)間零件中心和零件邊緣的速度差較大,故導(dǎo)致產(chǎn)生了相應(yīng)的高度差。圖2b中標(biāo)記的時(shí)刻為塌角產(chǎn)生過程結(jié)束的時(shí)刻,此時(shí)零件邊緣的速度和零件中心的速度相等,塌角不再增大。在此之后零件邊緣產(chǎn)生一定的回彈
時(shí)間/s
圄塌角產(chǎn)生的初始時(shí)刻
悶塌角產(chǎn)生之后圖2速度模擬結(jié)果
30 鍛造與沖壓2016 / 2
速度會稍稍大于零件中心的速度,此時(shí)塌烏會有細(xì)微的減小。
在沖裁塑性變形區(qū)域中的廢料側(cè)從上到下選取三個(gè)點(diǎn),P3、P4、P50這三點(diǎn)的速度曲線起伏情況接近,主要在0一0.13s內(nèi)有較大的速度,這個(gè)區(qū)間剛好是塌角產(chǎn)生的區(qū)間,如圖 3所示。理想狀態(tài)下,零件部分的材料向下運(yùn)動的速度應(yīng)該相等,而事實(shí)上在零件邊緣會出現(xiàn)塌角的部分,材料的運(yùn)動速度是小于零件中心部分的速度。在大致忽略材料沖壓過程發(fā)生彈性形變產(chǎn)生的勢能的情況下,根據(jù)能量守恒原理,此時(shí)塌角部分材料所損失的動能應(yīng)該等于廢料部分產(chǎn)生的動能,所以廢料區(qū)域速度較大的時(shí)間段也就是塌角產(chǎn)生的時(shí)間段。
圖3廢料區(qū)域的材料速度狀態(tài)
減小精沖塌角的改進(jìn)方法增大反壓力法
精沖過程中施加反壓力可以使零件擁有較好的平面度,同時(shí)反壓力使變形區(qū)的靜水壓增大,變形區(qū)材料的塑性得以提高。反壓力模擬參數(shù)見表2,經(jīng)過數(shù)值模擬得到,不同反壓力參數(shù)下的塌角大小,如圖4所示??梢钥闯?,隨著反壓力的增大,塌角逐漸減小,所以可以通過增大反壓力來減小塌角。反壓力的增大可以使得零件中心部分的運(yùn)動速度減小,變相的使塌角部分的速度接近零件中心的速度,導(dǎo)致塌角的減小,但是反壓力使塌角減小的同時(shí)會導(dǎo)致能耗增多,并且會一定程度上減小零件的厚度,導(dǎo)致零件精度得不到保障,此外,其對塌角的減小也有一定的極限,并不適合在精沖工藝設(shè)計(jì)中當(dāng)作解決塌角的獨(dú)立方法,可以和其他方法進(jìn)行組合,在其他方案中將反壓力調(diào)整到一個(gè)合適的大小來進(jìn)一步的減小塌角的大
表2反壓力模擬參數(shù)
o,03 8
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