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轉發自：第25卷（juàn） 第3期 蘇州市職業大學學報 Vol.25，No.3

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

作者：談正光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 宜興 214211； 2.南京工程學院 汽車與軌道交通學（xué）院，江蘇 南（nán）京 211167)

精衝進行了（le）韌性斷裂理論分析，並對軸對稱精（jīng）衝件的成形過程進（jìn）行了二維數值模擬；Zheng[3]開發了更新拉格朗日熱力耦合二維有限元程序和特殊（shū）設計的局部網格再（zài）劃分程（chéng）序，分析了靜水壓力、熱效應、材料損傷、塑性應變（biàn）、應變率集中對精衝過程的影（yǐng）響；Sutasn Thipprakmas[4]利用（yòng）有限元模擬方法結合田口技術和方差分析技術，研究了V形齒圈壓板的（de）參數（shù）（高度、位置和角度）對精（jīng）衝過程的影響（xiǎng）；方剛等[5]對（duì）精衝的韌性斷裂進行了數值模擬，預（yù）測了裂紋的產生和擴展.

經過長（zhǎng）時間的發展，有限（xiàn）元分析方法已經被應用到工程分析的各個方（fāng）麵，較為成（chéng）熟的有限元（yuán）分析軟件包括ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC.對普通衝壓成形工藝，一些公司開發了單獨分析軟件，如 Autoform，Dynaform及Hyperwork中的Hyperform模塊.由於精衝工藝較（jiào）普衝工（gōng）藝在工藝過（guò）程和力學特性上都有較大區別，因此，精衝工藝無法使用（yòng）現（xiàn）有的普衝分析軟件.為此，筆者結合齒圈壓板精衝工藝原理、力學特性及有限元理論（lùn），提出使用有限元分析（xī）軟件ABAQUS，建（jiàn）立針對齒圈壓板精衝工藝的力學（xué）模型.

1 精衝工藝的基本原理（lǐ）

精衝的工藝原理如圖1所示.精衝過程中，凸模接觸精衝（chōng）材料之前，壓邊力ps壓緊材料，通過壓邊圈上的V形齒的內麵產生（shēng）橫向側壓力，將阻止金屬材（cái）料在剪切區內撕裂和橫向流動.在衝裁凸模壓入材料的同時，利用反壓板的反壓力將材料壓緊.板料在壓緊狀態（tài）下由（yóu）衝裁力作用，沿著凹模刃口的形狀呈純剪（jiǎn）切的形式衝裁零件.由（yóu）於（yú）剪切區內的金屬處於三向壓應力狀態，從而提高了材料的塑（sù） ࠩ⁑ 性.此（cǐ）時，材料沿凹模（mó）刃（rèn）口形狀，以純剪切方式使材 ৽঻ᶯ 料實現分離衝裁.

精衝模具工藝（yì）過程大體分（fèn）為4個階段[2]. 

1) 彈性變形階段.衝孔工作開始，凸模接觸材料前施壓，使材料產生彈性壓縮而在凸模周圍發生材料聚集，形成不大的環（huán）狀突起.

2) 塑性（xìng）變形階段.凸模及壓（yā）料板施加大（dà）壓力，達到材（cái）料的屈服點，材料向孔周圍流動並開始擠入凹模，產生定（dìng）向塑性流動.

3) 剪切變形階（jiē）段（duàn）.當凸模繼續（xù）下行，材料（liào）停止向孔周圍流動，而大量擠入凹模洞口.此時凸模（mó）刃（rèn）口部分的材料達到材料的（de）抗剪強度.故首先在發生應（yīng）力集（jí）中的鋒利刃口（kǒu）處（chù）產生顯微裂紋，但沒（méi）有剪裂（liè）.

4) 剪裂變形階段.凸模下行到（dào）一定程度（dù），顯微裂紋在金屬材料內部擴展，並使材料沿凹模刃口出現剪切裂紋，開始斷裂.

2 精衝工（gōng）藝的力學特性

精衝工藝的力學特性如圖2所示，圖2中（zhōng），S表示（shì）材料厚（hòu）度.

當凸（tū）模進入材料厚度的1/3時，衝裁力最大（dà）.本（běn）文的分析都是在談正光等（děng）：基於Abaqus的齒圈壓板精衝（chōng）工藝有限元分析（xī） 2014年第（dì）3期

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

1） 衝（chōng）裁力是成型產品零部件所需要的（de）力，影響衝（chōng）裁力的因素（sù）主要有零件尺寸、材料的機（jī）械性能、材料厚度等，計算公式為

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

2） 壓邊力阻止材料在（zài）剪切區（qū）內撕裂和金屬的橫向流動，以獲得光潔的剪切麵，計算公式為 pR=0.5ps. (2)

3） 反壓力在精密衝裁過程中，不但提供靜水壓（yā）應力，而且（qiě）還防止板料在加工過程發生彎曲.反壓力太小則板料在加工過程容易彎曲，而且精衝（chōng）質量（liàng）也不好；反壓力太大則衝裁力增大（dà），增加了模具的載荷.反壓（yā）力計算公式為pc=0.2ps. 

3 精衝工（gōng）藝的有限元分析

有限元法是以計算機為工具，根據變分原理求解數學和物（wù）理問題的一種現代數值計算方法.本文采用剛塑性有限元法對精衝加工過程（chéng）進行仿真模擬.把變形區離散成多個單元，取一個無限小的正方體單元（yuán），分析該單（dān）元的應力狀態，如圖（tú）3所示（shì）.

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

V形齒內邊作用於材料的力；N為作用於材料的側向力；Fx，Fy分別為模具表（biǎo）麵作用（yòng）於材料（liào）的摩擦力（lì）. σy是由py引起的正（zhèng）應力；σvx，σvy分別由pv在x方（fāng）向的（de）分量pvx和y方向的分量pvy引起（qǐ）的正（zhèng）應力（lì）；σn為模具等對材料的約束作用而引起的正應（yīng）力.

實現精衝技（jì）術的關（guān）鍵是在（zài）變形區建（jiàn）立靜水壓（yā）應力狀態方程，靜水應力可（kě）以表（biǎo）示為（wéi）

   m   x  y z  ， (4) 則（zé）精衝工藝過程（chéng）中變形區的靜水壓應力為

 m     vx    n y vy z  . (5) 因（yīn）此，隻要改（gǎi）變式(5)中右邊各項的數值，就可以達到提高（gāo）靜（jìng）水壓力的目的，進（jìn）而能提（tí）高精衝件的（de）質量.

4 Abaqus軟件仿真過程

某汽車排氣係統不鏽鋼厚法蘭如圖4所示，對其利用Abaqus軟件（jiàn）進行（háng）精衝工藝有限元分析[7- 12].由於現有（yǒu）分析軟件中（zhōng）沒有針對精衝工藝的分析模塊，本文根據精衝工藝力（lì）學特性並結（jié）合有限元理論，構造（zào）精衝工藝的有限元模型並進行分析.

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

圖6為有限元網格模型.針對精衝工藝中模具上的重要（yào）部位，如模具刃口、齒形壓扁圈等（děng），零件網格將局部細化，以提高模擬精度；針對 受力較小或者受力較（jiào）均勻的部位，網格劃（huá）分（fèn）將較粗略，以提高計算速度.

利用式(1)～式(3)分別計算法蘭件的衝裁力、壓邊力和反壓力，並（bìng）在有限元分析（xī）中添加約束力及約束位移（yí），使圖6中的有限元（yuán）網格模型能夠模擬精衝工藝過程中（zhōng）的力學狀態.研究表明[6]：在精衝（chōng）過程中，提高變形區的靜水壓應力可以很好地（dì）改善精衝件質量.為此本文使用10個精衝行程（chéng）步（10%，20%，⋯ ，100%行程），用變形區（qū）內各個單元的靜水壓應力均值來衡量不同工（gōng）藝參數對精衝質量的影響.圖7、圖8 分別為精衝（chōng）行程20%和50%時靜水壓應力雲圖.

以模具間隙為變量，以精衝過程中靜水壓應力均值（zhí）為衡量精衝質量的指（zhǐ）標，探討不同模具間（jiān）隙對（duì）精衝件質量的影響.從圖9中模（mó）擬結果數據可以看出，對於（yú）圖4所示的不鏽鋼法蘭件，模具間隙為0.3 mm時，精衝（chōng）件的質量（liàng）較好.這一結論與企業加工實際件的工藝參數設置相吻合，實際精衝件質量較好（光潔麵寬度≥ 80%，塌角≤ 10%～25%料厚），證明模擬結果的有效性. 

5 結論

1) 分析了精（jīng）衝工藝的基本（běn）原理（lǐ）及力學特性，為（wéi）建立精（jīng）衝工藝模擬的力學模型（xíng）提供了基礎（chǔ）.

2) 結（jié）合有限（xiàn）元理論及精衝工藝的關鍵技術，以Abaqus軟件為基礎，對汽車排氣係統不鏽鋼厚法蘭（lán）件進行了有限元模擬仿（fǎng）真.

3) 通過提（tí）取並處理仿真結果數（shù）據，能夠有效地判（pàn）斷精衝工藝各種參數設置對精（jīng）衝工藝質量的影響.針（zhēn）對不鏽鋼厚法蘭的精衝參數分析，當模（mó）具間隙為0.3 mm時，精衝（chōng）質量較好.

談（tán）正光等：基於Abaqus的齒圈壓板精（jīng）衝工藝有（yǒu）限元分析 2014年第3期參考文（wén）獻：

[1] Lee T C，Chen L C，Zheng P F. Application of the finite element deformation method in the fine blanking process [J]. Journal of Materials Producing Technology，1997，63(1/ 3)：744- 749.

[2] 賈（jiǎ）建軍，彭穎紅，阮雪榆. 精衝斷裂過程的有限元（yuán）模（mó）擬[J]. 上海交通大學學報（bào），2003，37(7)：1064- 1067.

[3] Zheng P F. Finite element analysis of the combined fi ne blanking and extrusion process[D]. HongKong： Hong Kong Polytechnic University， 2000.

[4] Sutasn Thipprakmas. Application of taguchi technique to investigation of geometry and position of V-ring indenter in fi ne-blanking process[J].

Materials and Design，2010(3)：2496- 2500.

[5] 方剛，曾攀（pān）. 金屬板料衝裁過程的有限元模擬[J]. 金屬學報，2001，37(6)：653- 657.

[6] 謝曉（xiǎo）龍. 基於Oyane損傷和斷裂模型的厚板精衝過程數值模擬和缺陷預測[J]. 上（shàng）海交通大學學報（bào），2006，40(6)：927- 931.

[7] Chen Z H，Tang C Y，Lee T C，et al. Large deformation fi nite element analysis of strain localization in fi ne-blanking process[J]. Metals and Materials，1998，4(3)： 529- 532.

[8] Tang B T，Zhao Z，Lu X Y . Fast thickness prediction and blank design in sheet metal forming based on an enhanced inverse analysis method[J]. International Journal of Mechanical Sciences，2007，49(9)：1018- 1028.

[9] Yi Dongbao，Hoon H. Optimum design of trimming line by one-step analysis for auto body parts[J]. Journal of Materials Processing Technology，2006(3)：187- 188.

[10] Kim S B，Hoon Huh，Bok H H，et al. Forming limit diagram of auto-body steel sheets for high-speed sheet metal forming[J]. Journal of Materials Processing Technology，2011，211(5)：851- 862.

[11] Chebbah M S，Naceurb H，Gakwaya A. A fast algorithm for strain prediction in tube hydroforming based on one-step inverse approach[J].

Journal of Materials Processing Technology，2011，211(11)：1898- 1906.

[12] Zhuang Xincun. Numerical simulation and optimization of process parameters in fi ne blanking process[J]. Journal of Southeast University， 2006，22(4)： 514- 518.

(責任編輯：李 華)

(上接第21頁)

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

ᬃOHF[(Ⲻ⭕ᆜփࢃഴ֒從ᡆ㔟 ഴㅢփᆜ⭕Ⲻ᢯᭯ᣛ઀

4 結論

在PC上，一次自動批改30道Excel操作題共耗時（shí）約2 min，而人工批改耗時約2 h，相比人工批改，效（xiào）率提高了約60倍，若PC配置更高，則耗時更少，效率更高.隻要涉及Excel軟件操作，無論是（shì）作業練習，還是考（kǎo）試考核，均可借（jiè）助該程序框架輕鬆實現針對具體Excel操作題的自動批量批（pī）改或判卷（juàn）程序. 參考文獻：

[1] Jonathan Bennett & AutoIt Consulting Ltd.AutoIt automation and scripting language [EB/OL].(2013- 12- 30)[2014- 03- 20].http：//www. autoitscript.com/site/autoit/.

[2] 孫華峰. 信（xìn）息技術實驗指（zhǐ）導[M]. 北京：高等教育出版社，2013：169- 180.

(責（zé）任編輯：李 華)