1绪论
1.1精冲技术
精冲是利用三动压力机、或借助代写论文特殊结构的专用模具，伴之适宜的精冲材料和润滑剂而进行的。精冲与普通冲裁相比，除凹凸模间隙极小、凹模刃口带圆角以外，在模具结构上比普通冲裁模增加了齿圈压板与顶出器，以便在冲裁过程中不致发生撕裂现象，如图1.1所示。精冲时精冲机上有三种力(凡、凡、凡)作用于模具上，冲裁开始前通过齿圈力凡，经剪切线外的导板，使V型压边模将材料压紧在凹模上，从而在V型压边模的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和在剪切区外金属材料的横向流动。同时反顶力凡又在剪切线内由顶件器将材料压紧在凸模上，并在压紧状态中，利用冲裁力进行冲裁。剪切区内的金属材料处于三向压应力状态，从而提高了材料的塑性，此时材料就沿着凹模刃边形状，呈纯剪切状态冲裁零件。冲裁结束后，凡和凡压力释放，模具开启，由退料力和顶件力分别将零件和废料顶出。
精冲能在一次冲压行程中获得比普通冲裁零件尺寸精度高、平面度、垂直度好、剪切而光洁的高质帚冲压件，并可和其他冲压序复合，进行如沉孔、半孔冲、弯曲、内孔翻边等精密冲压成形，从而大大提高生产率和降低生产成本。由于精冲具有优质、高效及低消耗的特点，所以在电子工业、精密机械、汽车、航空等现代工业中得到日益广泛的应用。
1.3厚板精冲
在众多精冲工艺方法中，强力齿圈压边精冲是实施厚板精冲的一种常用方法。用该精冲法不仅可进行厚达26mm的金属板精密冲裁，还可进行各种成形作业，完成含有用冲切面各种立体形冲件的精密冲裁。厚板精冲零件的尺寸精度为IT6一ITg级，由于冷作硬化效应，零件冲切面硬度提高50%以上且具有良好的耐候性与抗蚀能力，因而零件寿命普遍成倍提高。同时，对于厚度大且无规则的异形件，精冲技术可一步完成而切削加工甚至难以实施。即便是能通过切削加工来完成，一般机械加工要5一6道工序，生产周期长、效率低、生产成本高，这些都与精冲工艺无法相比。厚板精冲对原材料的种类、状态及前处理等都有较高的要求。精冲需要专用三动精冲压力机或特殊结构的模具，整个工艺流程实施下来成本那高。因此，当冲裁件一次投产批量小的情况下，难以获得较高的经济效益。
1.4厚板冲裁研究现状
随着机械行业的发展，模具行业作为一种必需的基础行业，其应用范围不断扩大。其中，现代冲裁技术正朝着高精密、大批量、低成本的方向不断发展，这也在一定程度上加快了厚板冲裁的发展速度。采用厚板精冲技术制备各种产品，不仅具有足够的强度和刚度，而且生产成本低，产品使用寿命高，该技术在重型汽车、农用机械、轮船、工程与建筑机械领域广泛应用。当一前，对于厚度为4-20mm的平板零件和立体形零件，均可采用厚板冲压技术制造完成，取代以往的铸、锻、粉冶及切削加工工艺，不仅能获得极好的经济效益，而且还将获得节能、环保等显著社会效益。自二十世纪九十年代开始，日本学者在厚板冲裁方面做了较多的工作，成果显著。1997年，小森和武等人采用节点分离及网格重划分技术，对板料冲裁过程进行了模拟分析。!99吕年，汤川伸树等用有限元方法模拟了板料‘冲裁时断裂前的力II:仁过程，得出了相对冲裁间隙和刃口圆角半径对应力、应变分布的影响规律，提出了用有限元模拟得到的静水应力分布规律来预测板胚中初始裂纹出现位置的方法[5]。1998年，西班牙的F.Faura等用Ansys软件对板材剪切加工过程进行了模拟，通过选取不同相对间隙对冲裁过程进行模拟，在实验基础上得出了最佳的相对间隙网;荷兰的丫wstegeman等采用弹塑性Von一Mises模型对板料冲裁过程进行了模拟，分析了剪切速率对剪切力的影响，同时采用了精确的网格试验法，通过在变形区内画上网格，用显微镜对网格的变形进行观测，得出冲裁过程中刃口切入量和材料应变分布的关系。香港理工大学的z.H.chen等用有限元法模拟了精密冲裁过程，通过对冲裁过程进行分析，给出了成形过程中力学规律，在计算过程中采用了多种的算法，解决了计算过程中的大转动和卸载问题，为提高冲裁件切断面的尺寸精度和光洁程度提供了理论指导。
2厚板精冲成形工艺及原理
2.1厚板精冲成形工艺
为使用一对普通凸模和凹模对板料进行冲裁时的情形。首先，当凸模下降至接触板料，板料即受到凸、凹模的压力而产生弹性变形，由于上下受力方向不重合而存在力矩，使板料产生弯曲，即从表面上挠起。随着凸模下压，模具刃口压入材料，板料内应力状态符合塑性条件时，产生塑性变形，变形集中在刃口附近区域，且凹模刃口附近变形大于凸模刃口附近变形。随着冲裁的继续进行，变形区向材料的深度方向发展、扩大，直到在板料的整个厚度方向上产生塑性变形，此时板料的一部分相对于另一部分发生塑性移动。力矩将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面压平，在切口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂;裂纹产生后，沿最大剪应变速度方向发展，直至上下裂纹汇合，板料完全分离。
3 厚板冲裁的有限元模拟分析...................... 33-51
3.1 DEFORM有限元分析软件简介...................... 33-34
3.2 断裂问题的处理...................... 34-36
3.3 厚板精冲的有限元模拟...................... 36-47
3.4 6mm厚板材料冲裁模拟分析...................... 47-50
3.5 本章小结...................... 50-51
4 厚板冲裁模具刃口模拟与优化...................... 51-63
4.1 提高模具寿命的途径...................... 51-53
4.2 模具刃口优化方案 ......................53-55
4.3 模拟参数及结果分析...................... 55-61
4.4 本章小结...................... 61-63
5 厚板冲裁加工过程实验研究...................... 63-68
5.1 引言...................... 63
5.2 厚板冲孔实验 ......................63-64
5.3 厚板冲裁优化研究...................... 64-67
5.4 本章小结...................... 67-68
结论
本文用DEFORM一3D有限元模拟的基础上，结合实验分析研究了厚板精冲工艺，提出了模具刃口设计与优化的措施，主要获得结论如下:
1.建立了厚板精冲有限元模型，运用DEOFRM实现了对板厚为6mm的AISI4140钢板冲裁过程的模拟，该方案合理，运算稳定，效率较高。
2.对板厚为6mm的AISI4140钢材料精冲过程进行了模拟仿真，获得了成形过程板料中内部物理量瞬态变化规律。研究表明，在凹凸模间隙附近变形剧烈，且受力与变形也像内部和外部扩展;刃口附近应变梯度大，非线性显著。
3.通过改变各主要工艺参数的值，全面的分析了压边力、反压力、冲裁间隙、板厚等主要工艺参数对厚板精冲落料件光亮带及冲裁力的影响，研究表明:在其它条件不变的情况下，厚度越大的材料，所需的冲裁力也越大，但并不是与板厚成正比;在其它条件不变的情况下，随着相对冲裁间隙的减小，裂纹产生也相应推迟，可见较小间隙能有效的提高冲裁光亮带;在其它条件不变的情况下，压边力对精冲质量的影响较大，随着压边力的增加，剪切区内的静水压应力增大，拉应力减小，延缓了裂纹的产生，光亮带增大，且压边力的改变对冲裁力影响很小;在其它条件不变的情况下，反顶力增大引起静水压应力相应的增大，提高了材料的塑性，推迟了裂纹的产生，从而获得更高的光亮带，但是同时也引起了冲裁力的增大，增加了设备能量的消耗，并在一定程度上会降低模具的寿命。
4.通过设置波浪形刃口，分析对比了波浪形刃口和普通平刃冲裁的成形过程，不升究表明:波浪形刃口和平刃没有太大区别，都符合板料应变规律;波浪刃口冲裁所得的断面质量相对于普通平刃较差，但相对于普通平刃以及其他刃口所需的冲裁力较小;对于不需要高断面质量的普通冲裁，可以采用波浪刃口，能够有效的减小冲裁力，提高模具寿命。
参考文献
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