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沖壓件的工藝過程及受力分析
10-27 / 2023
板料成形又稱為沖壓,這種成形方法通常是在常溫下對板料進(jìn)行成形,所以也稱冷沖壓。對于某個金屬薄板零件,一般要經(jīng)過多個工藝過程,才能直接用于裝配。常見的工藝過程有如下幾種

(1)沖裁

為了生產(chǎn)和運(yùn)輸方便,板料多是卷料。首先要將板材分離為形狀的坯料才能用于沖壓生產(chǎn)。這是一個復(fù)雜的塑性剪切和破壞過程,在板料邊緣會有局部的硬化現(xiàn)象。沖孔和修邊也是沖裁過程。

(2)彎曲

較簡單的情況是沿一條直線將板料折彎。僅在彎曲部分發(fā)生塑性變形。如材料延性不夠,在彎曲部位外表面容易發(fā)生破裂。但由于回彈的原因,控制彎曲角度非常困難。板料一邊被夾持不動,另一邊被夾緊繞邊緣旋轉(zhuǎn)角度;沖頭向下運(yùn)動將材料壓入v形模具中;在滾軋機(jī)械中有成套的軋棍,大型面板及復(fù)雜的槽型截面都可以用這種工藝制造;2.2(d)是翻邊,通常用于對沖壓件邊緣進(jìn)行處理。將板料邊緣彎曲直至貼在板料背面,從而使零件形成圓潤的邊緣,叫做包邊。

(3)拉深成形

拉深也叫拉延,是利用模具使沖裁后的坯料變成開口的空心零件的沖壓工藝方法。通常情況下一副拉延模包含凸模、凹模和壓邊圈。拉延工藝廣泛應(yīng)用于汽車覆蓋件,與其它工藝配合,可以制造出形狀極為復(fù)雜的零件。按照變形力學(xué)特點(diǎn)可分為:直壁圓筒形零件、盒形件、曲面形狀零件(指曲面旋轉(zhuǎn)體)和非旋轉(zhuǎn)體曲面形狀零件等四種類型。

此外還有脹形、液壓成形、管脹成形、熱成形等多種工藝方式。通常情況下一個工業(yè)零件的成形過程包含許多基本的成形工藝。汽車覆蓋件是板材沖壓成形加工中較復(fù)雜的,一般要經(jīng)過拉深、修邊、翻邊、沖孔等多道工序才能一個可用于裝配的零件。能否合格的覆蓋件,關(guān)鍵在于沖壓的可行性。沖壓的質(zhì)量直接決定了零件的較終品質(zhì),本文就是基于覆蓋件沖壓過程模擬而對拉延模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和受力分析的。

為了給后續(xù)模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分析提供準(zhǔn)確的荷載信息,覆蓋件拉延成形過程模擬達(dá)到以下目標(biāo):

(1)拉延成形模擬中需采用與模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分析中相同的模具表面網(wǎng)格。這樣由成形模擬的模具表面節(jié)點(diǎn)力就可以直接施加到結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分析模型中;

(2)拉延成形模擬需模擬出的零件成形性能良好,即零件可以生產(chǎn);

(3)拉延成形模擬中的材料參數(shù)、工藝條件要盡可能接近實際生產(chǎn)情況,以結(jié)果與實際的可比性。

由于板料成形是包括幾何非線性、材料非線性、邊界條件非線性的大變形問題,有限元算法的選擇、單元類型、材料模型以及接觸和摩擦的處理都將影響模擬結(jié)果的精度。

通常用伸長率和斷面收縮率來表征材料的延性。然而在板料成形中,材料的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)比較復(fù)雜,如何才能簡單準(zhǔn)確地判斷材料破裂是一個重要問題。板料成形中厚度方向的應(yīng)力與板料平面內(nèi)的應(yīng)力相比很小,這樣就可以假設(shè)板料法向應(yīng)力為零,則板料成形中材料的應(yīng)力狀態(tài)簡化為平面應(yīng)力。

許多板料成形工藝中,板料在板料平面承受雙向拉伸,破壞發(fā)生在局部頸縮之后。局部頸縮與圓形試件拉伸試驗中的頸縮不同。對于金屬板料試件,頸縮時試件在寬度和厚度方向上都在減小,而局部頸縮時,試件僅在厚度方向上減小,而寬度方向上沒有減小。

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