辊式冲裁工艺变形机理与装备开发研究

发布时间：2020-01-22 00:18

【摘要】：辊式冲裁工艺是将多组成对模具按规律排布在一对轧辊上,轧辊相向且同步旋转,从而在板带上“滚”出所需的孔。它将传统冲裁工艺的间歇式上下往复运动变为连续式旋转运动,能够显著提高规律性多孔型材的生产效率适用于厚度小于3.0 mm的金属卷料,可实现冲孔.、落料、切边与切口等工序,广泛应用于建筑、仓储、包装与汽车等行业,具有生产效率高、冲裁力低、噪音小、占地面积小与投资小等优点。本文从理论分析、装备设计、试验研究与有限元模拟等方面系统地分析辊式冲裁工艺,主要研究内容与结论如下：分析模具运动轨迹为摆线,特点在于模具旋入与旋出板料的路径并不一致,引起模具与板料之间的额外相对运动,进而影响断面质量。当轧辊直径越大、模具高度越小时,断面质量越好。模具压入板料过程中前刃口瞬时冲裁间隙随轧辊旋转而增大,后刃口却随之而减小。由不同硬化法则直接外推到大应变时的应力-应变曲线存在显著差别,针对此问题通过试验与模拟相结合的方法反复迭代拟合颈缩后载荷-位移曲线,获得能够准确模拟断裂前整个变形过程的材料真实本构关系。采用扫描电镜观察不同应力状态下断口形貌,将韧性断裂机理分为拉伸型、翦切型与混合型。通过Fortran语言以全解耦法编写含韧性断裂准则的本构方程。建立适用于低应力三轴度的修正GTN模型,引入Lemaitre连续损伤模型,分别采用完全隐式向后与显式向前欧拉本构积分算法将两者以用户子程序的方式成功地嵌入到辊式冲裁有限元模型中。结合仿真与试验确定韧性断裂准则与损伤模型的参数值。建立辊式冲裁工艺有限元模型,从损伤分布、裂纹萌发与扩展、最终断面质量等方面来验证各个断裂准则与损伤模型的适用性。分析冲裁间隙、轧辊半径、模具高度、模具磨损与板料厚度等工艺参数对断面质量、冲裁力、扭矩与瞬时冲裁间隙等带来的影响。采用分体式模具设计思路,选用抗弯性能良好的高强度高耐磨冷作模具钢W6Mo5Cr4V2作为模具材料。根据凸模旋入与旋出凹模的运动轨迹,确定凸凹模间的冲裁间隙以及凸凹模尺寸值。设计制造包括导料机架、辊冲机架与修整机架在内的辊式冲裁装备,实现凸凹模间的同步旋转与精确定位要求。通过辊式冲裁工艺试验,观察沿剪切轮廓线上的断面特征,包括塌角、光亮带、断裂带、毛刺及压痕,其显著特征为前刃口光亮带具有一定的倾角；分析冲裁间隙、材料性质及板料厚度等参数对断面质量带来的影响,并测量剪切断面上显微硬度分布。提出软硬模辊式冲裁工艺,采用刚性凸模与聚氨酯凹模的新型配对结构,冲裁后利用修整机架碾平塌陷区来提高冲孔质量,能够满足工业中大部分冲孔要求。运用试验与有限元模拟方式分析凸凹模间重叠量、聚氨酯硬度、板料材质与厚度对断面质量的影响。
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生产中冲栽间隙并不是一个固定值．而是在化化能够制造出符合客户要求产逡逑品的一定范围内，称为合理冲栽间隙范围。巧这中，最优冲裁间隙是指理论逡逑上获得最佳断面质量时的间隙值，如图１－５。巧间隙合适时，巧凸凹侧刃口逡逑边缘产生的裂纹能汇成一条白线，这样剪切曲光亮整巧，塌角、毛刺及斜度逡逑适中ｉｎ．Ｗ。当间隙过小时，由凸凹模边缘仲腿出O喌牧盐葡嗌缦蛲獯砜�一段逡逑距离，，徏样上下裂纹么间的材料将被二次剪切，即断而上形成第一个光亮带，逡逑断面质量反而下降。当间隙过大时，由田１叫模边巧仲展出来的裂纹相互向内逡逑错开一段距离，冲裁间隙内材料受到强烈的拉仲作用，会形成较大的拉断毛逡逑刺，同时塌角也会很大，光亮带较小。逡�

本文编号：2571773