小模数齿形精冲的计算机模拟及参数优化

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传统的齿形零件加工需进行落料冲孔、铰中心孔、滚齿、去毛刺等工序,工艺复杂,加工时间长。精密冲裁工艺作为一种先进的精密塑性成形技术,一次冲裁加工就可得到尺寸精度高、剪切面光洁、且具有一定立体形状的零件。随着精冲技术的发展,越来越多的齿形零件采取了精冲加工方法,但目前在小模数齿形件的精冲方面还存在很多问题,一方面,由于零件轮廓的影响,在被加工材料的齿顶处很容易产生撕裂。另一方面,在齿顶处,由于凸模承受很大的压力,从而导致模具过早崩刃、断裂失效,因此,研究并开发小模数齿形件的精冲工艺是具有理论和实际意义的。如何预测精冲成形过程中可能出现的缺陷,获得合理的工艺参数,成为精冲技术开发的重要环节。目前,在实际的生产过程中,齿形零件的精冲主要依靠经验以及工艺实验等传统方法来实现,但由于传统研究方法的局限,设计、生产周期都较长,使得生产效率比较低。本文在综合查阅吸收大量国内外技术资料的基础上,对小模数齿形件精冲的工艺机理进行研究,简要介绍了计算机仿真技术所依赖的有限元理论基础,对体积成形专用有限元模拟软件Deform3D的应用特点及功能做了总结和分析。并运用有限元Deform3D软件系统对小模数齿形件精冲过程进行数值模拟仿真,分析了冲裁间隙、压边圈尺寸、压边力、反顶力、凹模刃口圆角等主要工艺参数对成形结果的影响,得出了各工艺参数与冲裁剪切面光洁面的关系,揭示了精冲过程中不同工艺参数下材料变形区金属的流动情况以及静水压力的变化规律,同时引入Cockcroft &Latham韧性断裂准则来预测裂纹出现和扩展的时间及位置,探讨了成形过程中各种缺陷(撕裂带,裂纹等)产生的原因。并利用有限元优化后的参数对冲裁力进行了预测。根据有限元分析结果,对优化后的工艺参数进行实验验证和补充。研究结果表明:静水压力的大小及分布符合精冲理论分析,实验结果与模拟结论基本吻合,该结论对揭示精冲机理和指导模具设计以及工艺参数的合理选择具有指导作用,同时对于今后该项技术的进一步研究具有重量参考意义。
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