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板料冲裁毛刺数值模拟与控制

作　者: 张玉新
导　师: 樊曙天
学　校: 江苏大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 冲裁毛刺有限元方法裂纹
分类号: TG386.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

板料冲裁是金属塑性加工的基本方法之一。它用于生成各种板料零件,具有生成效率高、尺寸稳定性好、制件重量轻等特点,并易于实现机械化和自动化。冲裁过程形成的制件棱边包括圆角带、光亮带、断裂带和毛刺,其中毛刺是影响制件棱边质量的重要因素,抑制和减少毛刺是提高制件棱边质量的有效途径。随着对冲裁件质量要求的不断提高,冲裁毛刺形成机理的研究及抑制和减少毛刺工艺措施的开发越来越受到国内外学者的重视。本文的主要工作有:（1）基于金属塑性变形的力学理论,对冲裁过程中板料受力的状况和塑性变形进行了分析,探讨了冲裁毛刺形成的机理及冲裁裂纹的产生与毛刺形成的内在联系。（2）利用DEFORM^TM-2D有限元软件对低碳钢AISI1010和铝合金材料冲裁进行数值模拟,得到了冲裁过程中材料的应力、应变分布规律;建立了材料的流动模型。研究表明:冲裁过程中,工件材料受到拉应力的作用而被迫流入变形区,材料的损伤达到极限而断裂,导致毛刺形成,并产生强烈硬化。（3）通过对毛刺形成过程的数值模拟,探讨了毛刺形成区域静水压应力的变化,分析了工件材料、模具间隙、模具磨损等因素对冲裁毛刺形成的影响,并与相关试验结果进行比对。模拟分析与实验结果基本保持一致。冲裁毛刺高度随冲裁间隙的增大,呈现先减小后增大的趋势,而随磨损量的增加（以圆角半径的增大近似描述）成线性增长。（4）根据板料冲裁毛刺的产生机理,特征及类型,提出了板料冲裁毛刺的控制方法和去除措施;并对无毛刺冲裁机理进行了探讨。本文对冲裁毛刺产生机理及其影响因素的深入研究,拓宽了冲裁研究领域,丰富了冲裁加工理论,具有一定的理论和工程应用价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 引言  11-12
  1.2 冲裁毛刺的研究现状  12-15
    1.2.1 国外的研究现状  13-14
    1.2.2 国内的研究现状  14-15
  1.3 冲裁毛刺的分类  15-17
  1.4 冲裁毛刺研究中尚存在的主要问题  17-18
  1.5 本研究的主要内容  18-20
第二章冲裁工艺的变形过程与毛刺形成机理  20-32
  2.1 塑性变形的力学基础  20-23
    2.1.1 应力状态  20-21
    2.1.2 屈服准则  21-22
    2.1.3 金属塑性变形时应力应变关系  22-23
  2.2 冲裁工艺的变形过程分析  23-26
    2.2.1 冲裁变形时板料变形区受力情况分析  23-25
    2.2.2 冲裁的变形过程  25-26
  2.3 裂纹扩展及毛刺形成的机理  26-28
  2.4 冲裁的质量分析  28-31
    2.4.1 冲裁件断面的形貌  28-29
    2.4.2 冲裁件的尺寸精度  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章板料冲裁过程的有限元分析  32-49
  3.1 有限元基础理论  32-38
    3.1.1 有限元分析的塑性理论基础  33-35
    3.1.2 Deform有限元分析软件简介  35-38
  3.2 有限元分析数值模型的建立  38-43
    3.2.1 数值模型参数  38-40
    3.2.2 材料的断裂准则  40-41
    3.2.3 材料本构关系模型  41-43
  3.3 网格划分与边界条件的设置  43-45
    3.3.1 网格的局部细化  43-44
    3.3.2 冲裁过程的边界条件  44-45
  3.4 冲裁过程中的应力应变分析  45-46
  3.5 冲裁过程中的材料流动性分析  46-48
  3.6 本章小节  48-49
第四章冲裁毛刺形成的数值模拟及实验分析  49-61
  4.1 引言  49
  4.2 冲裁毛刺形成的数值模拟  49-55
    4.2.1 冲裁毛刺形成过程的数值模拟  49-51
    4.2.2 毛刺形成区域的特性分析  51-54
    4.2.3 毛刺形成区域的加工硬化  54-55
  4.3 冲裁件毛刺检测方法  55-56
  4.4 冲裁工艺实验及结果分析  56-58
    4.4.1 冲裁工艺试验条件  56-57
    4.4.2 冲裁结果分析  57-58
  4.5 基于斜角冲裁的毛刺分析  58-60
  4.6 本章小结  60-61
第五章冲裁毛刺的影响因素及控制  61-74
  5.1 冲裁毛刺的影响因素  61-68
    5.1.1 材料性能  61
    5.1.2 冲裁间隙  61-65
    5.1.3 模具刃口状态  65-67
    5.1.4 摩擦、润滑对断面质量的影响  67-68
  5.2 毛刺的减小措施与去除方法  68-70
    5.2.1 冲裁毛刺的减小措施:  68-69
    5.2.2 冲裁件毛刺的去除方法  69-70
  5.3 无毛刺冲裁工艺  70-73
    5.3.1 反向平压法  70-71
    5.3.2 往复冲裁法  71
    5.3.3 拉力分离法  71-72
    5.3.4 圆角模拉伸冲裁法  72-73
    5.3.5 负间隙冲裁法  73
  5.4 本章小结  73-74
第六章研究结论与发展展望  74-76
  6.1 研究结论  74-75
  6.2 发展展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
附录:攻读硕士学位期间发表的论文  81

板料冲裁毛刺数值模拟与控制

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