基于工藝參數(shù)的精沖零件尺寸控制仿真

本文分析了關(guān)于精沖成形零件尺寸研究的重要意義，基于工藝參數(shù)對(duì)仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用DEFORM-3D有限元軟件對(duì)精沖過(guò)程進(jìn)行模擬，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行多角度分析，進(jìn)而找出精沖零件尺寸在不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下工藝參數(shù)的最優(yōu)組合。

做好雨污分流，有利于減少污水產(chǎn)生量，降低運(yùn)營(yíng)成本，有利于降低垃圾堆體含水率，減少臭氣產(chǎn)生量，提高堆體穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)生活垃圾衛(wèi)生填埋的關(guān)鍵所在。

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精密沖壓是一種較為先進(jìn)的塑性成形技術(shù)，通過(guò)精沖模具在精沖壓力機(jī)上，使板料在三向壓力的作用下沿所需輪廓進(jìn)行純剪切分離，得到剪切面光潔、平整度好、尺寸精度高的精密成形產(chǎn)品。隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)不僅要求“量”的提高，更要求“質(zhì)”的提升。精沖成形產(chǎn)品作為汽車(chē)的重要組成部分，在汽車(chē)生產(chǎn)中被大量使用。因此，隨著汽車(chē)行業(yè)“量”和“質(zhì)”需求的提高，對(duì)精沖技術(shù)的要求也不斷提升。目前，對(duì)精沖成形產(chǎn)品成形質(zhì)量，如塌角、光亮帶、撕裂等的研究較多，而對(duì)于精沖零件尺寸的研究較少。精沖零件尺寸的研究對(duì)于精沖技術(shù)向更高精度發(fā)展是十分必要的。本文通過(guò)研究16MnCr5合金鋼精沖成形過(guò)程，利用有限元軟件DEFORM-3D分析了凸凹模間隙和圓角半徑對(duì)成形零件尺寸的影響規(guī)律，從而優(yōu)化模具工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，進(jìn)而提升成形尺寸精度。

圖1為某墊圈零件圖。該墊圈外圓直徑為76mm，厚度為8mm。為簡(jiǎn)化仿真計(jì)算，且更直觀的反映工藝參數(shù)對(duì)精沖零件尺寸的影響，本文只考慮墊圈的落料，忽略墊圈內(nèi)孔成形。

有限元分析

③定義接觸。系統(tǒng)默認(rèn)板料和模具有四個(gè)接觸關(guān)系，因摩擦類(lèi)型屬于剪切摩擦，故摩擦系數(shù)為0.12，此數(shù)據(jù)是軟件自帶的。

1)對(duì)于照明負(fù)荷，重合閘時(shí)間從1 s提升至2.5 s，均會(huì)導(dǎo)致照明中斷，但是時(shí)間上的差異對(duì)人體感受也沒(méi)有太顯著的區(qū)別，不會(huì)影響負(fù)荷的使用感受。

在實(shí)際沖裁過(guò)程中，沖裁力是很大的，板料除了發(fā)生剪切分離，還會(huì)發(fā)生彈性變形進(jìn)而被壓入凹模。當(dāng)成形后的零件在反頂力的作用下被頂出后，由于凹模內(nèi)壁約束力消失，壓應(yīng)力釋放，零件會(huì)發(fā)生微量的彈性變形，即回彈。由于一般鋼材的彈性模量都比較大，因此精沖成形零件的回彈量一般較小，但是對(duì)于外形尺寸要求較高的零件，回彈現(xiàn)象對(duì)精沖零件尺寸造成的影響還是不容忽視的，特別是對(duì)于大尺寸精沖零件，回彈現(xiàn)象會(huì)更加明顯。塌角和回彈現(xiàn)象的存在會(huì)大大影響精沖成形產(chǎn)品的尺寸以及板料規(guī)格的選擇。因此，為研究不同工藝參數(shù)對(duì)精沖成形零件尺寸的影響，利用DEFORM自帶的測(cè)量工具分別對(duì)9組模擬試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)塌角和精沖成形完成的情況進(jìn)行對(duì)比，對(duì)零件被頂出后的半徑進(jìn)行測(cè)量記錄，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。

⑵參數(shù)化設(shè)置。

在引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展整本書(shū)閱讀時(shí)，教師十分有必要對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。教師不僅要將優(yōu)秀的閱讀書(shū)目推薦給學(xué)生，還要鼓勵(lì)每個(gè)學(xué)生都參與到閱讀當(dāng)中，對(duì)學(xué)生的能力、個(gè)性以及愛(ài)好充分尊重，由學(xué)生來(lái)選擇閱讀時(shí)的角色，從而積極投入到這本書(shū)的閱讀當(dāng)中。教師引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展課堂導(dǎo)讀的過(guò)程，其實(shí)就是將學(xué)生的閱讀興趣進(jìn)行激發(fā)的過(guò)程。學(xué)生在進(jìn)行課外書(shū)閱讀時(shí)，老師應(yīng)該對(duì)學(xué)生的好奇心進(jìn)行全面激發(fā)，可以通過(guò)課外書(shū)的內(nèi)容設(shè)置懸疑問(wèn)題，學(xué)生主動(dòng)去解答這些懸疑問(wèn)題，進(jìn)而讓學(xué)生積極地展開(kāi)課外書(shū)閱讀。

①定義板料屬性。為簡(jiǎn)化模擬，可僅采用實(shí)際模型的1/8進(jìn)行模擬。根據(jù)精沖模具結(jié)構(gòu)特征在三維建模軟件中繪制三維模型并導(dǎo)入DEFORM-3D中，對(duì)板料進(jìn)行定義材料屬性、網(wǎng)格劃分等。

②模具條件設(shè)置。精沖模具中的凸模、凹模、齒圈板和反壓塊均設(shè)置為剛體。

為探究凸凹模間隙和圓角半徑對(duì)精沖零件尺寸精度的影響，減少模具設(shè)計(jì)成本和周期，借助DEFORM-3D有限元仿真軟件，對(duì)一圓形件的精沖落料成形過(guò)程進(jìn)行有限元模擬分析，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)，來(lái)獲得尺寸精度較好的零件，從而指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)和維護(hù)。

圖3為精沖成形過(guò)程的四個(gè)階段，(a)圖為齒圈板在壓邊力的作用下將齒圈板上的V形齒壓入板料，(b)圖為板料在凸模沖裁力的作用下板料發(fā)生剪切分離，(c)圖為板料完全發(fā)生分離，(d)圖模擬了精沖成形完成后將成形零件頂出的過(guò)程。在壓邊力的作用下，精沖開(kāi)始時(shí)，齒圈板的V形齒首先壓入板料，以減小后續(xù)過(guò)程中板料的材料流動(dòng)。隨著凸模的壓入，板料在凸模的作用下沿著凹模輪廓發(fā)生剪切分離，直至完全分離。由圖3中(c)圖可知，在靠近凹模側(cè)會(huì)產(chǎn)生塌角，在凸模側(cè)存在少量的毛刺。為了研究凸凹模間隙和圓角半徑對(duì)精沖成形零件尺寸的影響，我們需要利用軟件自帶的測(cè)量工具對(duì)成形后板料外形尺寸和塌角高度進(jìn)行測(cè)量。

⑤運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置。模具運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算精沖成形所需力的大小，進(jìn)而進(jìn)行壓力機(jī)的選擇，在本次模擬試驗(yàn)中，根據(jù)公式計(jì)算出壓邊力和反壓力的大小，設(shè)置凸模速度為1mm/s。設(shè)置模擬計(jì)算步長(zhǎng)和終止條件，保存數(shù)據(jù)并生成計(jì)算文件，退出前處理然后提交計(jì)算。三維仿真模型如圖2所示。

模擬結(jié)果

④邊界條件設(shè)置。因?yàn)樵撃Ｐ蜑?/8模型，故對(duì)板料的兩個(gè)沿直徑方向的切面設(shè)置對(duì)稱面。

對(duì)凸凹模間隙和圓角半徑兩個(gè)工藝參數(shù)分別設(shè)置了三個(gè)水平等級(jí)，具體參數(shù)見(jiàn)表1。因本次仿真只涉及到兩個(gè)因素，即凸凹模間隙和圓角半徑，因此可對(duì)這兩個(gè)因素進(jìn)行三個(gè)水平的全試驗(yàn)，以找到最優(yōu)的參數(shù)組合。全試驗(yàn)方案見(jiàn)表2，具體的模擬條件參數(shù)見(jiàn)表3，其中壓邊力和反壓力的值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得。

⑴試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

結(jié)果分析

由表3模擬條件參數(shù)表我們可知，在9組仿真試驗(yàn)中所采用的凹模半徑均為38mm，因此在表4結(jié)果統(tǒng)計(jì)表中的半徑測(cè)量值可以發(fā)現(xiàn)，9組模擬試驗(yàn)的半徑均大于38mm，均有回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生，對(duì)于大尺寸高精度的精沖成形產(chǎn)品，回彈現(xiàn)象不可忽略。由于實(shí)際精沖過(guò)程中不存在絕對(duì)的剛體，而在仿真試驗(yàn)中，將除板料的部分均視作剛體，因此在實(shí)際精沖過(guò)程中，由于凸凹模等的彈性變形的存在，回彈現(xiàn)象會(huì)更加明顯。

今年來(lái)全球貿(mào)易摩擦日益加劇，也為中加木材貿(mào)易帶來(lái)了新的機(jī)遇。中國(guó)作為加拿大木材及木產(chǎn)品重要的出口市場(chǎng)，將發(fā)揮更加重要的作用。會(huì)上來(lái)自加拿大BC省最大的幾家林產(chǎn)品公司：加福(Canfor)，威斯福(West Fraser)，英特福(Interfor)及Tolko的市場(chǎng)銷(xiāo)售負(fù)責(zé)人在小組討論環(huán)節(jié)對(duì)未來(lái)一年中國(guó)市場(chǎng)充滿期許，也表示會(huì)將更多高規(guī)格林產(chǎn)品銷(xiāo)售逐步更多轉(zhuǎn)向潛力無(wú)限的中國(guó)市場(chǎng)。

精沖成形零件的塌角無(wú)法避免，對(duì)于部分產(chǎn)品小塌角甚至無(wú)塌角的要求，只能通過(guò)改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)以減小塌角的大小；對(duì)于超出要求范圍內(nèi)的塌角，需要通過(guò)后續(xù)工藝進(jìn)行去除如雙面磨。部分塌角去除后，精沖零件的厚度會(huì)不可避免的減小，所以為了滿足產(chǎn)品厚度的要求，在原材料的選擇上，應(yīng)根據(jù)塌角高度和零件厚度要求選擇原材料的厚度。

結(jié)束語(yǔ)

借助于有限元軟件DEFORM，使用不同工藝參數(shù)組合對(duì)精沖成形過(guò)程進(jìn)行模擬，研究了不同工藝參數(shù)組合對(duì)成形尺寸如半徑、塌角的影響，模擬結(jié)果對(duì)實(shí)際模具設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義，對(duì)提高精沖成形產(chǎn)品尺寸精度、降低精沖成本具有參考價(jià)值。由于本文將除板料的其他部位視為剛體，因此，為了提高模擬的準(zhǔn)確性，后續(xù)可將其他部位設(shè)置為彈性體，進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分，研究各部件剛度對(duì)精沖成形尺寸精度的影響。