精冲凸模应力和变形规律的有限元分析

论文摘要

精冲是一种很有发展前途的先进制造技术,凭借优质、高效、低耗的特点,使其广泛应用于各个工业领域。但精冲是在高压的环境中进行的,在获得高质量零件的同时,对模具也有相当高的要求。分析凸模的应力、变形及变形对精冲质量的影响,有助于其技术经济优势的发挥,对实际生产也具有一定的指导意义和参考价值。采用有限元法可以准确获得模具或坯料的每一阶段的应力应变信息,预测裂纹的产生和发展；能定量地给出各工艺参数对模具寿命及成形质量的影响,为工艺参数及模具结构的优化提供极有价值的参考数据。本文采用DEFORM—2D有限元软件,先后建立了刚塑性和弹塑性有限元模型,对材料为AISI-1045厚度为4mm的圆盘件的精冲过程进行了模拟。根据模拟分析了坯料及凸模的变形,应力应变分布状况。坯料在凸凹模刃口处应力应变较大,较易发生撕裂。凸模的最大等效应力峰值出现在刃口部位,该部位是应力集中最严重的区域,最易发生变形、崩刃而失效。凸模的变形会造成精冲件质量的下降。采用弹塑性模型分析了凸模材料、凸凹模间隙和凹模圆角对精冲凸模应力及成形件质量的影响。结果说明选择弹性模量较大的模具材料可以降低模具的变形,改善成形件的质量；减小精冲间隙可以提高了坯料的成形质量,但降低了模具的寿命；增加凹模圆角对提高模具寿命和改善零件质量有着重要的作用。最后,将两种模型的模拟结果与试验进行对比。结果表明,这两种模拟结果与试验基本吻合,说明数值模拟是分析解决问题的有效工具,可以为实际生产提供具有一定指导意义的数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 精冲技术概述
• 1.1.1 精冲技术的优点
• 1.1.2 精冲工作原理与特点
• 1.1.3 精冲技术应用领域
• 1.2 课题相关研究概况
• 1.2.1 国外精冲技术的研究现状
• 1.2.2 国内精冲技术的研究现状
• 1.2.3 精冲技术的发展趋势
• 1.2.4 有限元在精冲领域中的应用
• 1.3 课题意义及研究内容
• 1.3.1 选题意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 精冲机理及凸模寿命与失效分析
• 2.1 金属的塑性变形
• 2.1.1 变形特点
• 2.1.2 变形模式
• 2.2 精冲时金属的应力状态
• 2.2.1 精冲时板料所受的外力
• 2.2.2 精冲时剪切区任一点的应力状态分析
• 2.2.3 静水压应力的分析
• 2.3 精冲件质量分析
• 2.4 精冲凸模寿命与失效分析
• 2.4.1 精冲凸模的失效形式与机理
• 2.4.2 精冲凸模寿命的影响因素
• 2.5 本章小结
• 第3章 有限元法简介
• 3.1 弹塑性有限元法
• 3.2 刚塑性有限元法
• 3.3 屈服准则
• 3.4 增量理论
• 3.5 DEFORM软件基础
• 3.5.1 DEFORM软件简介
• 3.5.2 体积损失
• 3.5.3 网格畸变和网格的重划分
• 3.5.4 摩擦边界条件
• 3.5.5 迭代算法与求解方法
• 3.5.6 断裂准则
• 3.6 本章小结
• 第4章 精冲件成形质量的模拟分析
• 4.1 圆盘件精冲模型的建立
• 4.1.1 精冲材料的选取及模型几何参数的设定
• 4.1.2 精冲模拟过程其他参数的设置
• 4.2 有限元模拟过程分析
• 4.2.1 模拟过程中坯料的变形分析
• 4.2.2 模拟过程中速度场的分析
• 4.2.3 模拟过程中坯料的应力应变分析
• 4.2.4 模拟过程中凸模的载荷分析
• 4.2.5 模拟过程中凸模的应力分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 精冲凸模的变形及其对成形质量的影响
• 5.1 模拟分析
• 5.1.1 冲裁力分析
• 5.1.2 应力分析
• 5.1.3 应变分析
• 5.2 主要参数对凸模应力应变及成形件质量的影响
• 5.2.1 弹性模量对凸模应力应变及成形件质量的影响
• 5.2.2 凸凹模间隙对凸模应力应变及成形件质量的影响
• 5.2.3 凹模刃口圆角对凸模应力应变及成形件质量的影响
• 5.3 模拟结果的验证
• 5.3.1 不同凸凹模间隙对成形件质量影响的验证
• 5.3.2 不同凹模圆角对成形件质量影响的验证
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文