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轉發自：第25卷 第3期 蘇州市職業大學學報 Vol.25，No.3

2014年（nián）9月 Journal of Suzhou Vocational University Sep. ，2014

作者：談正（zhèng）光1，陳 偉2，張 雨2

(1.無錫鵬德汽車配件有限公司 工程技術部，江蘇（sū） 宜興 214211； 2.南京工程學院 汽車與軌道交通學院，江蘇 南京 211167)

精衝模具工藝過程大體分為4個階段[2]. pg৽঻࣋

1) 彈性變形階段.衝孔工作開始，凸模接觸（chù）材 ഴ㋴ߨᐛ㢰৕⨼ഴ 料前施壓，使材料產生彈性壓縮而在（zài）凸模周圍發生材料聚集，形成不（bú）大的環狀突起.

2) 塑性變形階段.凸模及壓料板施加大壓力，達到材料的屈服（fú）點，材料向孔周圍流動並（bìng）開始擠入凹模，產生定向塑性流（liú）動.

3) 剪切變形階段.當凸模（mó）繼續下行，材料停止向孔周圍流動（dòng），而大量擠入凹模洞口.此時凸模刃口部分的材料達到材料的抗剪強度.故首先在發生應力集中的（de）鋒利（lì）刃（rèn）口處產生顯微裂紋，但沒（méi）有（yǒu）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（shǔ）材料內部擴展，並使材料沿凹模刃口出現剪切（qiē）裂紋，開始斷裂.

2 精衝工藝的（de）力學特（tè）性

精衝工（gōng）藝的力學特性如圖2所示，圖2中，S表示材料厚度.

當凸模進入材料厚度（dù）的1/3時，衝裁力最大.本文的分析都是（shì）在

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談正光（guāng）等：基於Abaqus的齒圈壓板精衝工藝有限元分析 2014年第3期

最大衝裁力下進行.模具在工作過程中（zhōng），其受力情況非常複雜，主要存在（zài）衝裁力、壓邊力、反壓力的作用.

1） 衝裁力是成型產品零部件所需要的力，影響衝裁力的因素主要有零件尺寸、材料的（de）機械性（xìng）能、材料厚度等（děng），計算（suàn）公式（shì）為

ps=Lt Sσb f1， (1) 式中：ps為衝裁力；Lt為剪切線周長；S為材料厚度（dù）；σb為抗拉強度；f1為係數，f1=0.6～0.9.

2） 壓邊力阻止材料（liào）在剪切區內撕裂和金屬的橫向流動，以（yǐ）獲得光潔的剪（jiǎn）切麵，計算公式為 pR=0.5ps. (2)

3） 反壓（yā）力在精密衝裁過程中，不但提供靜（jìng）水壓應力，而且（qiě）還防止板（bǎn）料在（zài）加工過程發生彎曲（qǔ）.反壓力太小則板料在加工過程（chéng）容易（yì）彎曲，而且精衝質量也不好；反壓力太（tài）大則衝裁力增大，增加了模具的載荷.反壓力計算公式為

pc=0.2ps. (3)

3 精衝工藝的有限元（yuán）分析

有限元法是以計算（suàn）機為工具，根據變分原理求解數學和物理問題的一種（zhǒng）現代數值計算方法.本文（wén）采用剛塑（sù）性有限元法對精衝加工過程進（jìn）行仿真（zhēn）模擬（nǐ）.把變形區離（lí）散成多（duō）個單元，取一個無限小的正方體單元，分析該單元的應力狀態，如圖3所示.

圖3中，py為凸模作用於材料的（de）衝壓力 py=p'y+py''，p'y為頂（dǐng）件反力，py''為衝裁力.pv為

V形齒內邊作用於材（cái）料的力；N為作用於（yú）材（cái） ঋഴݹᓊ࣑⣬ᘷ

料的側向（xiàng）力；Fx，Fy分別為模具表麵作用於材料的摩擦力. σy是由py引（yǐn）起的正應力；σvx，σvy分別由pv在x方向的（de）分量pvx和y方向的分（fèn）量pvy引起的正應力；σn為模具（jù）等對材料的約束作（zuò）用而引起的正應力.

實現精衝技術的關鍵是在變形區建立靜水壓應力狀（zhuàng）態（tài）方程，靜水應（yīng）力可以（yǐ）表示為（wéi）

   m   x  y z  ， (4) 則精衝工藝（yì）過（guò）程（chéng）中變形區的靜水（shuǐ）壓應力為（wéi）

 m     vx    n y vy z  . (5) 因此，隻要改變式(5)中右邊各項（xiàng）的（de）數（shù）值，就可（kě）以達到提高（gāo）靜水壓力的目的（de），進而能提高（gāo）精衝件的（de）質量.

4 Abaqus軟件仿真過程（chéng）

某汽車排氣係統不鏽鋼厚法蘭如（rú）圖4所示，對其利用（yòng）Abaqus軟件進行精（jīng）衝工藝有限元（yuán）分析[7- 12].由於現有分析軟件中沒有針對精衝工藝的分析模塊，本文根據精衝工藝力學（xué）特性並（bìng）結合有限（xiàn）元理論（lùn），構造精衝工藝的有限元（yuán）模型（xíng）並進（jìn）行分析.

圖5為不鏽（xiù）鋼厚法蘭件精衝工藝簡易模具三維圖，圖（tú）中央部分表示初始平（píng）板坯料，其餘部分表示凸模、凹模及壓邊圈等.

圖6為有限元（yuán）網格模型.針對精衝工藝中模具上的重要（yào）部位，如模具刃口、齒形壓扁（biǎn）圈等，零件網格將局部細化，以提高（gāo）模（mó）擬精度；針對 ഴу䬾䫘⌋ަԬ

第25卷 蘇州市職業大學學報

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受（shòu）力較小或（huò）者受力較均勻的部（bù）位，網格劃分將較粗略，以提（tí）高計算速度.

利用式(1)～式(3)分別計算法蘭件的衝裁力、壓邊力和反壓（yā）力，並在有限元分析（xī）中添加（jiā）約束（shù）力及約（yuē）束位移，使圖6中的有限元網格模型能夠模擬精衝（chōng）工藝（yì）過程中的（de）力學狀態.研究表明[6]：在精衝過程中，提高變形區的（de）靜水壓（yā）應力可以很好地改（gǎi）善精衝件質量.為此本文使用10個（gè）精衝行（háng）程步（10%，20%，⋯ ，

100%行程），用（yòng）變形區內各個單元的靜水壓應力（lì）均值來衡量不同工藝參（cān）數對精（jīng）衝質量的影響（xiǎng）.圖7、圖8 分別（bié）為精衝行程20%和50%時靜水壓（yā）應力雲圖.

以模具間（jiān）隙為變（biàn）量，以精衝過程（chéng）中靜水壓應力均值為衡量精衝質量的（de）指標，探討不（bú）同模具間隙對（duì）精衝件質量的影響.從圖9中模擬結果數據可以看出，對於（yú）圖4所示的（de）不（bú）鏽（xiù）鋼（gāng）法蘭件，模具間隙為0.3 mm時，精衝件的質量較好.這一結論與企（qǐ）業加工實（shí）際件的工藝參數（shù）設置相吻合，實際精衝件質（zhì）量較好（光潔麵寬度≥ 80%，塌角≤ 10%～25%料厚），

證明（míng）模擬結果的有效性. ⁑ާ䰤䳉mm

5 結論

1) 分析了精衝工藝的（de）基本原理及力學特性，為（wéi）建立精衝工藝（yì）模擬（nǐ）的力學模型（xíng）提供了基礎.

2) 結合有限元（yuán）理（lǐ）論及精衝工藝的關（guān）鍵技術，以Abaqus軟件為（wéi）基礎，對汽（qì）車排氣係統不鏽鋼厚法蘭件進行了（le）有限元模擬仿真.

3) 通過提取並處理仿真（zhēn）結果數據，能夠有（yǒu）效地判斷精衝（chōng）工藝各種參數設置對精衝工藝質量的影（yǐng）響.針對不鏽鋼厚法蘭的精衝參數分析，當模具間隙為0.3 mm時，精衝質量較（jiào）好.

談正光（guāng）等：基於Abaqus的齒圈壓板精衝（chōng）工藝有（yǒu）限元分（fèn）析 2014年第3期參考（kǎo）文獻：

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作為示例，此外，還在每個學號文（wén）件夾中生成了一個“ XX批改報告.txt”，圖5選取第（dì）3位學生的批改報告作為示例.

4 結（jié）論

在PC上，一次（cì）自動批改30道Excel操作題（tí）共耗時約2 min，而人工批改耗時約2 h，相比人工批改，效率提高了約60倍，若PC配置更高，則耗（hào）時更少，效率更高（gāo）.隻要涉及Excel軟件操作，無論是作業練習，還是考試考核，均可借助該（gāi）程（chéng）序框架輕鬆（sōng）實現針對具體Excel操作題的自動批量批改或（huò）判卷程序. 參考文獻：

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