沖壓模具是生產(chǎn)鋼板的必要裝備,在鋼鐵生產(chǎn)過程中起著重要作用。鋼板沖壓圓盤作為重要的沖模之一,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高、加工制造難度大等缺點(diǎn)一直制約著我國鋼板的生產(chǎn)。

為解決這一問題,近年來國內(nèi)外學(xué)者對沖模的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法進(jìn)行了大量的研究,取得了不少進(jìn)展。本文結(jié)合國內(nèi)外的研究成果,針對鋼板沖裁工藝的特點(diǎn),從理論和實(shí)踐相結(jié)合的角度,對板帶材的成形過程和模具的設(shè)計進(jìn)行了分析,并提出了一些新的見解。

1. 彎曲成形過程中的塑性變形特點(diǎn)及其影響

(1) 板料彎曲時形成的是彈性變形。彈性變形是由于外力作用使板料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變能而引起的。當(dāng)力足夠大且方向與應(yīng)變方向相同或相近時,即可以引起彈塑性變形。由于屈服后的應(yīng)力集中,所以屈服點(diǎn)附近將發(fā)生較大的殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力會阻礙裂紋的發(fā)展,從而限制材料在屈服點(diǎn)的繼續(xù)擴(kuò)展,故稱為強(qiáng)度極限。但此時已接近材料的抗拉強(qiáng)度。因此,要獲得較高的強(qiáng)度極限值就必須增大拉伸率;同時,還要提高材料的韌性以降低斷裂韌度因子(CT)。

(2) 板料彎曲時產(chǎn)生的塑性變形成因于:1)外力的反復(fù)作用。2)內(nèi)應(yīng)力的重新分布。3)材料的延展性。4)溫度升高。5)金屬的塑性好。6)材料中夾雜物的影響。7)潤滑條件的影響。8)其他因素的作用如軋制壓力過大等。

2. 板材沖壓成型中的力學(xué)模型及數(shù)值模擬結(jié)果

根據(jù)以上原理,我們建立了一種基于有限元法計算平板型材彎曲性能的三維離散單元模型。該模型包括三個子系統(tǒng):一是在平面內(nèi)的自由表面邊界上施加彎矩,二是在平面上施加彎矩后得到兩個不同的面,三是將兩個面進(jìn)行疊加得到最終的面——曲面的頂點(diǎn)。通過對上述過程的描述,我們可以建立一種用于求解平板型材彎曲性能的數(shù)學(xué)模式。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模式的正確性和實(shí)用性。

3. 優(yōu)化設(shè)計的思路和方法

3.1 對原方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計

在對現(xiàn)有的幾種方案(B—1、D-1、C-2等)的分析比較后發(fā)現(xiàn),這些方案的形狀尺寸都比較大,不利于下道工序的操作。為了便于操作、減少工裝數(shù)量以及減輕勞動強(qiáng)度和改善產(chǎn)品的質(zhì)量,我們對原有的幾個方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。主要考慮以下幾個方面:(1)減小零件的壁厚;(2)增加零件的厚度;(3)減小零件的長度;(4)