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轉發(fā)自：專(zhuān)題報道

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(guò)成形流速仿真形象說(shuō)明了塌角的形成機理，即條料上壓邊部分對零件部分的牽扯力，導致零件塌角部分材料向下運動(dòng)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、負間隙精沖、修整、預壓以及級進(jìn)分步切角等方法。揚州鍛壓\揚州沖床\揚鍛\yadon\沖床廠(chǎng)家\壓力機廠(chǎng)家\鍛造廠(chǎng)家\

題

羅丞，碩士研究生，主要從事精沖工藝設計及模具開(kāi)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

厶帶尖角零件）越來(lái)越成為一種趨勢，但若塌角過(guò)大會(huì )使零件的工作面積顯著(zhù)減小，進(jìn)而削弱零件的使用性能。本文通過(guò)有限元方法，探索了塌角產(chǎn)生的機理，并比較了幾種方法的優(yōu)缺占

精沖塌角成形機理有限元分析

有限元型建立表結栗為了說(shuō)明塌角的形成機理，運用有限元模擬軟件DEFORM—2D對沖裁過(guò)程進(jìn)行數值模擬。采用二維軸對稱(chēng)模型，精沖工藝參數見(jiàn)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)格每計算5步進(jìn)行一次網(wǎng)格重劃分，以保證運算順利進(jìn)行。

項目 工藝參數

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(zhuān)題報道 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，根據模擬結果觀(guān)察它們的速度變化。圖2a為塌角產(chǎn)生的初始時(shí)刻，材料的運動(dòng)速度圖，圖2b為塌角產(chǎn)生之后，材料的運動(dòng)速度圖?？赏ㄟ^(guò)顏色分布觀(guān)察到在塌角開(kāi)始產(chǎn)生的時(shí)候，零件由內向外的運動(dòng)速度是逐漸減小的，在零件邊緣速度最小，圖中的速度曲線(xiàn)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(xiàn)。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，故導致產(chǎn)生了相應的高度差。圖2b中標記的時(shí)刻為塌角產(chǎn)生過(guò)程結束的時(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速度模擬結果

30 鍛造與沖壓2016 / 2

速度會(huì )稍稍大于零件中心的速度，此時(shí)塌烏會(huì )有細微的減小。

在沖裁塑性變形區域中的廢料側從上到下選取三個(gè)點(diǎn)，P3、P4、P50這三點(diǎn)的速度曲線(xiàn)起伏情況接近，主要在0一0．13s內有較大的速度，這個(gè)區間剛好是塌角產(chǎn)生的區間，如圖 3所示。理想狀態(tài)下，零件部分的材料向下運動(dòng)的速度應該相等，而事實(shí)上在零件邊緣會(huì )出現塌角的部分，材料的運動(dòng)速度是小于零件中心部分的速度。在大致忽略材料沖壓過(guò)程發(fā)生彈性形變產(chǎn)生的勢能的情況下，根據能量守恒原理，此時(shí)塌角部分材料所損失的動(dòng)能應該等于廢料部分產(chǎn)生的動(dòng)能，所以廢料區域速度較大的時(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(guò)程中施加反壓力可以使零件擁有較好的平面度，同時(shí)反壓力使變形區的靜水壓增大，變形區材料的塑性得以提高。反壓力模擬參數見(jiàn)表2，經(jīng)過(guò)數值模擬得到，不同反壓力參數下的塌角大小，如圖4所示?？梢钥闯?，隨著(zhù)反壓力的增大，塌角逐漸減小，所以可以通過(guò)增大反壓力來(lái)減小塌角。反壓力的增大可以使得零件中心部分的運動(dòng)速度減小，變相的使塌角部分的速度接近零件中心的速度，導致塌角的減小，但是反壓力使塌角減小的同時(shí)會(huì )導致能耗增多，并且會(huì )一定程度上減小零件的厚度，導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計中當作解決塌角的獨立方法，可以和其他方法進(jìn)行組合，在其他方案中將反壓力調整到一個(gè)合適的大小來(lái)進(jìn)一步的減小塌角的大

表2反壓力模擬參數

o，03 8