文献翻译-冲压模具设计中档壁起皱分析.doc

1、 XX大学毕业设计文献翻译 院（系）名称工学院机械系 专业名称材料成型及控制工程 学生姓名 指导教师20xx年 03 月 10 日冲压模具设计中档壁起皱分析摘要：目前，正在研究发生在冲压圆锥方杯和阶梯式矩形杯的起皱。发现这两种起皱类型有一个共同特点皱纹发生在相对没有支撑的档壁上。在冲压锥形方盒的过程中，效果工艺参数，如模具的间隙和压边力，在研究起皱过程中利用有限元模拟的方法。仿真结果表明，越是较大的模具间隙，起皱越是严重，并且增加压边力不能抑制起皱。在分析起皱发生在冲压的阶梯长方形杯的过程中，借助对实际生产过程中的一个类似的几何类型的调查。档壁上发现的皱纹是由于金属板材之间的冲头和台阶边的不平

2、衡伸展造成的。为了达到消除皱纹的目的，最佳的模具设计中确定使用有限元分析。仿真结果和那些观察到的无皱的部分生产验证了有限元分析的精度，并演示了使用有限元分析在冲压模具设计中的优势。关键词：档壁起皱，冲压模具，阶梯式矩形杯，圆锥方杯1简介起皱是金属板材成型工艺中的主要缺陷之一。兼具功能性和视觉的原因，皱纹在成品中是不允许存在的。通常在金属板材成形工艺中有三种类型的皱纹：法兰起皱，墙面起皱，弹性屈曲变形的区域(由于残留弹性压应力造成的)。在对复杂形状的板材冲压成形工艺中，档壁起皱意味着皱纹的发生在模具型腔。由于在壁上的金属板部分相对没有工具的支撑，因此消除壁上的皱纹比抑制法兰皱纹更加困难。众所周知

3、，额外的拉伸不受支撑的壁体面的材料，可以防止起皱，并且可以在实践中通过增加压边力来实现；但过度的拉伸应力的应用可能会撕裂壁体材料从而导致失败。因此，压边力必须保持在一个狭窄的范围之内，总的来说，一方面要抑制皱纹，另一方面要防止产生裂纹。这种压边力的窄幅难以确定。对于形状复杂且发生在中央的皱纹面积的冲压件，一个可行的压边力范围，甚至不存在。为了研究皱纹的形成机制，Yoshida等1开发了一个在薄非均匀拉伸板沿其其中一条对角线的测试。他们还提出了一个近似的理论模型来说明起皱的发病是由于弹性屈曲产生在非均匀压缩侧向应力应力场。 Yu等2,3通过实验和分析研究起皱问题。起皱可能发生是根据他们的理论分析

4、中有两个环形波，而实验结果显示4至6个皱纹。 narayanasamy和Sowerby ，通过一个圆锥形的模具，使用平底和半球形冲头检查起皱。他们还试图排列似乎抑制起皱的属性。这些努力都集中在与起皱问题相关的简单形状的成型操作中，如一个圆形的杯子。在20世纪90年代初，三维动态/显式有限元法在单金属成形工艺中的成功应用，使得分析起皱问题涉及形状复杂冲压件成为可能。在目前的研究中，在冲压圆锥方杯和阶梯式矩形杯的工艺中采用三维有限元法分析金属流动工艺参数引起皱纹的影响问题。 图1（a）在圆锥方杯和（b）阶梯式矩形杯图2 有限元网格一个方锥形杯，如图所示：1（a）中，有一个倾斜借鉴杯的每一侧的墙上，

5、与现有一个圆锥形杯子类似。在冲压过程中，板材在壁面上是相对没有支持的，因此容易起皱。在本研究中，对各种引起起皱的工艺参数进行了调查。在阶梯的矩形部分的情况下，如图所示：1（b），另一种类型的起皱观察。为了估算效益分析，在目前的研究中对与阶梯几何有关的实际生产中的一部分进行了调查。决定用有限元分析法来分析导致皱纹的影响因素并且提出了优化模具设计来消除皱纹。实际生产部分的意见验证了有限元分析在模具设计中的应用。2有限元模型模具的几何形状，包括冲压，模具和压边力，设计采用CAD软件Pro /工程师。 3节点和4节点壳单元通过上述工具的生成网格系统使用相同的CAD程序。对于有限元模拟，本模具被认为是刚

6、性的，相应的网格仅用于定义刀具几何并且不适用于应力分析。相同的CAD程序，用4 - 节点壳单元构建网格系统板的间隙。图2显示了网格系统一套完整的工装，板材在使 用空白冲压锥形方盒。由于对称条件下，只有四分之一的方杯进行了分析。在模拟过程中，模具下移，以打击空腔来完成冲压。然后，冲头上升引导金属进入型腔。图3 为金属板材的应力应变关系为了进行精确的有限元分析，实际板材的应力应变关系作为输入数据的一部分。在目前的研究中，钣金拉深质量是在模拟中使用。拉伸实验已进行轧制方向沿轧制方向(0)和(45)恰逢表面与(90)轧制方向相切。平均流动应力，计算从方程，每个真实应变的测量，如图所示3，用于方锥形杯和

7、阶梯式矩形杯冲压的模拟。所有在本研究中进行模拟运行SGI的靛蓝2工作站使用的有限元亲克的PAMF印花税。为了完成模拟中所需要输入的一系列数据，打孔速度设置为10M 每秒并且假设1库仑摩擦力等于0.1 acoefficient。3圆锥方杯起皱示意图说明一些有关尺寸的圆锥方杯如图1（a），正如图1（a）所示每平方米冲头端度（2WP级），模具型腔开口处（2W），壁高度（H）都作为影响起皱的关键尺寸。在目前的研究中，有一半型腔的尺寸之间的差异来自于模具型腔开口处和冲头之间的模具差异（G）。相对不受支持的钣金壁体的起皱与模具的间隙有关，并且起皱被认为是通过增加压边力来抑制的。模具的差别和压边力对圆锥方杯

8、起皱的影响将在接下来的章节中进行研究。3.1模具间隙的影响为了检查模具间隙对起皱的影响，用三种不同的模具冲压锥形方盒20毫米，30毫米和50毫米的差距进行了模拟。在每个模拟开幕，模具型腔固定在200毫米，并且锥形方杯都是100毫米的高度。在所有三个模拟中使用的都是380毫米380毫米并且板厚度均为0.7毫米的方型板块，图 3为应力 - 应变曲线。仿真结果表明，起皱发生在所有三个方锥形杯，根据模拟的形状如图绘制模具间隙为50毫米的模具杯。如图 4可见，起皱发生在不受支持的墙体而且特别明显的是在相邻的角落墙壁。可见，起皱大部分是由于不受支持的壁体在冲压过程中产生的，同时，由于模具的差异导致冲头的边

9、长和模具型腔的差异。由于压缩的横向应力的存在，导致钣金伸展之间的图4。起皱的方锥形杯（七50毫米）。开幕式是由于以不同的模具间隙。钣金伸之间的冲头和模具型腔的肩膀变得不稳定。无约束的钣金拉伸似乎是不受支持的壁体起皱的主要原因。为了比较三个不同的模具差异，两个主要比较的结果是，最小值/最大值，其中最大和最小的主要和次要的主要菌株。Hosford和 Caddell 5表明，如果绝对值大于某一临界值，起皱应该发生，绝对值越大，起皱可能性越大。 图4 起皱的方锥形杯（高度=50毫米） 图5 不同的模具间隙下沿截面M-N值在相同高度的三个模拟模具差异中，根据沿横截面的M-N值，作为标记图，如图 4，绘制

10、图 5。据悉，从图 5可知，严重的皱纹都靠近角落并且这三个差异模具很少皱纹发生在中间的墙体上。人们还注意到，模具间隙越大，绝对值越大。因此，增加模具的间隙将增加在圆锥方杯壁体起皱的可能性。3.2压边力的影响众所周知，增加的压边力有助于消除在冲压过程中起皱。为了研究增加压边力的有效性，方锥形杯冲压模具间隙50毫米，如上所述严重起皱，不同的压边力数值模拟。压边力从100千牛增加到600千牛，分别产生了一个压边压力0.33兆帕和1.98兆帕。余下的模拟条件保持在上一节中指定的相同高度的另外两个拥有不同模具间隙的模具中。也使用一个中间的压边力为300千牛来仿真。仿真结果表明，增加压应力并不能帮助消除发

11、生在墙体上的皱纹。沿横截面的值M-N，标记如图 4，与另外两个压边力为100千牛和600千牛的冲压工艺相比较。仿真结果表明，沿截面M-N值在这两种情况下几乎是相同的。为了检查在两个不同压边力皱纹形状的差异，绘制在不同高度从底部行至M-N线的M-N值，标记在图4和图6两种情况下。从图6可知两种情况下的横截面波形是类似的。表明压边力在方锥杯得冲压工艺中不影响起皱的发生，这是因为在不受支持的壁体上的皱纹的形成主要是因为横向压力的存在。压边力对冲头和模具型腔的肩膀之间的不稳定材料没有影响。图6 不同高度截面线不同的压边力(a)100千牛和(b)600千牛4阶梯式矩形杯在阶梯长方形杯的冲压加工过程中，起

12、皱发生在即使在壁体模具的间隙并不是那么显着。图1（b）显示了一幅冲头形状的草图，冲压用在壁体C其次阶梯矩形杯的D与E。在本研究中，这种类型的几何研究是实际生产中的一部分。在生产中使用的是0.7毫米厚的材料，应力拉伸试验获得的应变关系如图3。在冲压车间生产冲压件的过程中，包括微调的拉深。在拉深过程中，没有平面珠在模具表面以促进金属流动。然而，由于小冲角半径和复杂的几何形状，在实际生产中分裂发生在顶部边缘的角和皱纹发现发生在壁体，如图7。从图可以看出。 皱纹分布在壁体严重的拐角处边缘，标志着A-D和B-E如图1（b）。金属被撕裂沿整个冲头的顶部边缘，如图7，形成分裂。 图7在生产部分的分割和皱纹

13、图8 模拟形状与生产分割和皱纹的一部分为了提供一个进一步了解冲压过程中的变形，决定采用有限元素分析。首先进行原始设计，模拟形状如图8所示。在网顶边的一部分明显被拉长，皱纹分布墙体上，类似在实际上观察到的。小冲半径，如沿边缘的半径A-B和半径的冲角，标记在图1（b）被认为是壁体裂纹的主要。然而，根据有限元的结果分析，分裂可避免通过增加上述半径。这一概念在实际生产，通过生产具有较大的圆角半径得到验证。也作了几次尝试，以消除皱纹。首先，压边力增加至原来的两倍，然而，正如在前面所取得的部分成果绘制的方锥形杯，效果上消除起皱的压边力并不是那么的重要。也得到相同的结果通过增加摩擦或增加间隙的大小。我们的结

14、论这种起皱不能通过增加拉伸力来抑制。皱纹的形成，是因为过多的金属在某些地区流动受到大的压力，讲简单的方法，消除皱纹可以通过添加在皱纹区域的拉杆，吸收多余的材料。应补充的拉杆平行方向的皱纹，使多余的金属液体有效地被吸收。基于这个概念，两个拉杆添加到相邻的墙壁，如图9所示，吸纳过度的物质。仿真结果表明，步在角落的皱纹都由拉杆吸收的如预期，但仍然出现一些皱纹在墙体上。这表明需要用更多的拉杆吸收所有多余的材料。然而，从零件设计考虑这是不容许的。 图9 拉杆添加到档壁 图10 皱纹形成时空腔触及阶梯边缘利用有限元分析的优点在于可以在整个冲压过程中控制冲压工艺的变形的板材，然而，在实际生产过程中是不可能的

15、。细看在冲压过程中的金属流动揭示了，空腔第一次被卷入由冲压模具型腔头部和皱纹都没有形成直到空腔触及台阶边的D-E的标记图 1（b）。满脸皱纹如图10所示。这为模具设计的修改过程提供了有益的信息。起皱发生的原因初步推测是由于不均匀伸展的金属板之间的冲圆角半径A和步骤角落半径D所造成的，如上图1（b）。因此，模具的设计进行修改的阶梯角落，被切断，如图11所示，以至于使弹力的有利条件改变，允许台阶边缘增加的更加舒展。然而，皱纹仍发现在壁体的一侧。这一结果意味着，皱纹的产生是因为整个冲头边缘与整个台阶边之间的不平衡舒展造成的，并不只是之间的冲角和一步一个角落。为了验证这一想法，两个修改模具设计建议：一个是削减整个步骤；另一种是添加一个绘图操作，绘制所需的形状，使用两个绘图操作。前一种方法的模拟形状如图12。由于较低的一步被切断，拉丝工艺与矩形杯引伸颇为相似，所示图12。从图12可以看出，皱纹被消除。 图11 切断的阶梯角落 图12 修改后的模具设计的模拟形状在这两个拉丝工艺操作过程中，空腔 首先向更深一步的绘制，如图所示13（a）所示。通常情况下，较低的一步操作是在第二步绘制过程中