鈑金件模具在沖壓進(jìn)程中的變形解析

王春雙

摘 要：在塑性加工中，鈑金件較易引發(fā)變形。實(shí)際上，加工各類的金屬模具都將會帶來變形。某些鈑金件表現(xiàn)出本身的精密性，沖壓進(jìn)程中的這類模具鈑金件承受著較大外在的作用力。沖壓鈑金件增添了局部的荷載，在整體驅(qū)動下，金屬將產(chǎn)生某一范圍的塑性變形。改進(jìn)沖壓工藝，在最大范圍內(nèi)增添了塑性，同時(shí)改進(jìn)了鈑金件固有的力學(xué)特性。針對于沖壓進(jìn)程中的鈑金件模具，有必要解析變形過程；在這種基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際設(shè)定防控變形的最佳方案。

關(guān)鍵詞：鈑金件模具；沖壓進(jìn)程；變形解析

中圖分類號： TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）20-114-2

0 引言

鈑金件沖壓時(shí)，模具表現(xiàn)出必要的價(jià)值，是不可忽視的。然而，鈑金件成形的各步驟都隱含了塑性變形的隱患。某些鈑金件設(shè)定了較高精密性，加工配備的模具也應(yīng)被重視。在模具沖壓中，不可忽視細(xì)微的鈑金件變形。對此，構(gòu)建了有限元模型用于解析，仿真得出沖壓進(jìn)程的鈑金模具變形狀態(tài)[1]。解析結(jié)論表示：若沒有設(shè)定較高層次的沖壓要求，那么采納剛體處理常見的流程即可；若設(shè)定了精密成形，則還需兼顧整體的鈑金件變形。實(shí)際上，篩選的模具材質(zhì)密切關(guān)系到細(xì)微的變形剛度。獲得這種結(jié)論，可為后續(xù)設(shè)置模具或者擬定工藝流程提供必備的參照。

1 變形解析的必要性

鈑金件經(jīng)過塑性加工，很難避免細(xì)微的形變。沖壓的進(jìn)程中，各類鈑金件配備的模具都較容易變形，因而增添了后續(xù)加工的更大難度。鈑金件在接受沖壓時(shí)，總體受力及細(xì)微的局部荷載都將變更，這些作用力驅(qū)動了鈑金件變形，屬于塑性變形。相比于其他工藝，沖壓工藝從根本上改進(jìn)了原有的鈑金件塑性，改善力學(xué)屬性。與此同時(shí)，也提升了沖壓進(jìn)程的成效性。鈑金件沖壓時(shí)，優(yōu)選合適的工藝流程還可節(jié)省耗費(fèi)的鈑金原材，制作出多樣形態(tài)的鈑金截面[2]。

從沖壓成形角度來看，可歸因于多樣的影響要素。在這些要素中，不均衡的原材變形應(yīng)被看作首要因素。從目前來看，模擬成形進(jìn)程的新方式正被推廣，用于各類鈑金模具沖壓。在數(shù)值模擬中，先要選取合適的解析對象。經(jīng)過模擬之后，可選取有限元解析來獲取結(jié)論。這樣做，在最大范圍內(nèi)減低了沖壓中的額外耗費(fèi)，縮減了開發(fā)鈑金件的總體時(shí)間。同時(shí)，也減低了耗費(fèi)的沖壓及制作經(jīng)費(fèi)。

2 鈑金件模具沖壓變形的有限元分析

針對沖壓進(jìn)程，要依照有限元解析的根本理論予以詳盡分析。構(gòu)建運(yùn)動方程，采納了連續(xù)介質(zhì)的解析理論。在這個(gè)步驟中，應(yīng)能衡量系統(tǒng)剛度、加速度及位移、上側(cè)的作用力。經(jīng)過綜合的探析，構(gòu)建了剛度矩陣、質(zhì)量及阻尼的矩陣。為了消除隱含的變形偏差，就要在最大范圍內(nèi)防控細(xì)微的線性偏差。

依照連續(xù)介質(zhì)力學(xué)特定的原理，可以構(gòu)建如下的運(yùn)動方程：MA+KU+CV=f。在式子中，M代表質(zhì)量矩陣，K代表剛度性的矩陣，C代表阻尼矩陣；A、V、U分別代表加速度、運(yùn)動速度及位移。經(jīng)過方程求解，可得f的總作用力。對于此，可選取平衡迭代的運(yùn)算方式。

沖壓的進(jìn)程代表著彈塑性變形及有限的應(yīng)變。描述這種流程，可選取拉格朗日法來修正某些參數(shù)。在構(gòu)建方程時(shí)，還需辨析拉伸屈服性的應(yīng)力、異性的厚向參數(shù)、剪切屈服應(yīng)力這些數(shù)據(jù)[3]。此外，鈑金件模具經(jīng)過了沖壓后，也會表現(xiàn)出某一摩擦作用。摩擦現(xiàn)象包含著復(fù)雜的成因，體現(xiàn)為表面性。通常來看，還需設(shè)定正壓力及摩擦因數(shù)，得出切向摩擦力。針對于相對性的滑動速度，應(yīng)當(dāng)設(shè)定比值。

3 構(gòu)建分析模型

在構(gòu)建模型時(shí)，可選杯形的對稱性鈑金件。在沖壓進(jìn)程中，設(shè)定了反向擠壓。軸對稱的典型模具構(gòu)件依照于特定的成形經(jīng)過，可化為軸對稱的解析方式。對于此，只要選定某一模型用于解析即可。定義接觸體時(shí)，可設(shè)定完整的沖頭定義并且選取合適的坯料。在模具單元內(nèi)，定義得到變形性的模具接觸體。

接觸體可以變形，對稱軸設(shè)定為約束性的。在這種狀態(tài)下，對稱軸代表著零位移狀態(tài)下的法線邊界。兩個(gè)變形體可接觸于彼此，而后檢驗(yàn)得到雙邊接觸的受力特性。具體在檢查時(shí)，還需細(xì)分主從這樣兩類的節(jié)點(diǎn)。相比于單邊接觸，雙線接觸設(shè)定了更多步驟的運(yùn)算，也存儲了較多數(shù)值。然而，這種運(yùn)算得出的數(shù)值精度將會更高。在塑性變形下，鈑金模具經(jīng)過摩擦將會帶來熱能，解析了熱耦合的初期數(shù)值，而后推導(dǎo)可得精確的解析模型[4]。此外，在變形解析時(shí)，還不可忽視加工沖壓頭時(shí)的硬化效應(yīng)。經(jīng)過后期的解析，描繪出明晰的硬化曲線。由此可以發(fā)現(xiàn)：擠壓鈑金件的進(jìn)程中，塑性形變可達(dá)的最大范圍也是有限定的。然而，相對狀態(tài)下的形變總量是較大的。在不同時(shí)段內(nèi)，擠壓力也在相應(yīng)變化。對于此，描繪了變化中的擠壓力曲線。如果彎曲較大，那么表示沖壓頭超出了設(shè)定的硬度限度。

例如，在選取坯料過程中，設(shè)定了如下的坯料性能：每立方毫米300000N的楊氏模量、0.3的泊松比、每立方厘米6kg的密度。此外，設(shè)定了比熱容及熱傳導(dǎo)率。構(gòu)建有限元模型時(shí)，采納了虛擬方式。對此可模擬某一剛性體，推動沖壓頭向下側(cè)移動。

4 歸納得出結(jié)論

針對鈑金件模具，沖壓進(jìn)程中的細(xì)微變形都不可忽視。為解析這種變形，可設(shè)定數(shù)值模擬的步驟及方式。在經(jīng)過解析后，得出如下結(jié)論：

在加大沖壓頭剛度之后，重設(shè)了原先的模擬方式。這樣改進(jìn)之后，相比來看獲取了更精準(zhǔn)的初期數(shù)值。最佳的設(shè)置為：縮減至0.5毫米或更低的塑性應(yīng)變，以及0.1毫米的最大徑向位移。

某些鈑金件只要大致加工即可，對于這類模具，可比照剛體處理的流程。然而，若事先設(shè)定較高層次的成形精度，還需兼顧變形作用下的鈑金件成形影響。加工成形狀態(tài)下，不應(yīng)忽視潛在的模具變形。這是因?yàn)?，模具變形表現(xiàn)出較大的鈑金件制作影響。為了防控變形，就要優(yōu)選剛度最佳的鈑金構(gòu)件用于沖壓。經(jīng)過數(shù)值解析，模擬得出全方位的工件加工影響。這樣做，更能便于設(shè)定最合適的工藝路徑，指導(dǎo)設(shè)計(jì)并制作出優(yōu)質(zhì)的鈑金件模具[5]。

5 結(jié)語

對于塑性成形，若設(shè)定了常規(guī)的精度要求，則依照于常見流程予以處理。然而，若要精密成形，則不應(yīng)忽視沖壓步驟隱含的模具變形。實(shí)際上，若忽視了潛在的鈑金模具變形，會影響到較大范圍內(nèi)的鈑金件質(zhì)量，造成多樣的干擾。在選擇材質(zhì)時(shí)，還需解析全方位的模具成形影響。模擬沖壓成形，解析了各步驟內(nèi)的精確數(shù)值。這樣做，模擬得出全面的沖壓模具變形。后期在選取沖壓路徑及制作模具時(shí)，都可參照變形解析得出的數(shù)值及信息。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李捷，董洪全，殷玉楓.鈑金件模具在沖壓過程中的變形分析[J].現(xiàn)代制造工程，2012（08）：56-58+97.

[2] 韓志仁，劉躍專.鈑金成形毛坯展開方法研究進(jìn)展[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2012（01）：6-11.

[3] 胡平，劉海鵬，柳玉起.厚鈑金件壓彎翻邊與回彈的數(shù)值研究[J].固體力學(xué)學(xué)報(bào)，2012（01）：72-80.

[4] 劉桂花，馮再新，賈青云，等.板料沖壓成形過程中回彈預(yù)測及控制的研究進(jìn)展[J].熱加工工藝，2011（17）：114-117.

[5] 吳建軍，郭軍.鈑金零件毛坯展開計(jì)算方法研究進(jìn)展[J].航空制造技術(shù)，2011（19）：26-31.