钣金件模具在冲压进程中的变形解析

王春双

摘 要：在塑性加工中，钣金件较易引发变形。实际上，加工各类的金属模具都将会带来变形。某些钣金件表现出本身的精密性，冲压进程中的这类模具钣金件承受着较大外在的作用力。冲压钣金件增添了局部的荷载，在整体驱动下，金属将产生某一范围的塑性变形。改进冲压工艺，在最大范围内增添了塑性，同时改进了钣金件固有的力学特性。针对于冲压进程中的钣金件模具，有必要解析变形过程；在这种基础上，结合实际设定防控变形的最佳方案。

关键词：钣金件模具；冲压进程；变形解析

中图分类号： TM7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-114-2

0 引言

钣金件冲压时，模具表现出必要的价值，是不可忽视的。然而，钣金件成形的各步骤都隐含了塑性变形的隐患。某些钣金件设定了较高精密性，加工配备的模具也应被重视。在模具冲压中，不可忽视细微的钣金件变形。对此，构建了有限元模型用于解析，仿真得出冲压进程的钣金模具变形状态[1]。解析结论表示：若没有设定较高层次的冲压要求，那么采纳刚体处理常见的流程即可；若设定了精密成形，则还需兼顾整体的钣金件变形。实际上，筛选的模具材质密切关系到细微的变形刚度。获得这种结论，可为后续设置模具或者拟定工艺流程提供必备的参照。

1 变形解析的必要性

钣金件经过塑性加工，很难避免细微的形变。冲压的进程中，各类钣金件配备的模具都较容易变形，因而增添了后续加工的更大难度。钣金件在接受冲压时，总体受力及细微的局部荷载都将变更，这些作用力驱动了钣金件变形，属于塑性变形。相比于其他工艺，冲压工艺从根本上改进了原有的钣金件塑性，改善力学属性。与此同时，也提升了冲压进程的成效性。钣金件冲压时，优选合适的工艺流程还可节省耗费的钣金原材，制作出多样形态的钣金截面[2]。

从冲压成形角度来看，可归因于多样的影响要素。在这些要素中，不均衡的原材变形应被看作首要因素。从目前来看，模拟成形进程的新方式正被推广，用于各类钣金模具冲压。在数值模拟中，先要选取合适的解析对象。经过模拟之后，可选取有限元解析来获取结论。这样做，在最大范围内减低了冲压中的额外耗费，缩减了开发钣金件的总体时间。同时，也减低了耗费的冲压及制作经费。

2 钣金件模具冲压变形的有限元分析

针对冲压进程，要依照有限元解析的根本理论予以详尽分析。构建运动方程，采纳了连续介质的解析理论。在这个步骤中，应能衡量系统刚度、加速度及位移、上侧的作用力。经过综合的探析，构建了刚度矩阵、质量及阻尼的矩阵。为了消除隐含的变形偏差，就要在最大范围内防控细微的线性偏差。

依照连续介质力学特定的原理，可以构建如下的运动方程：MA+KU+CV=f。在式子中，M代表质量矩阵，K代表刚度性的矩阵，C代表阻尼矩阵；A、V、U分别代表加速度、运动速度及位移。经过方程求解，可得f的总作用力。对于此，可选取平衡迭代的运算方式。

冲压的进程代表着弹塑性变形及有限的应变。描述这种流程，可选取拉格朗日法来修正某些参数。在构建方程时，还需辨析拉伸屈服性的应力、异性的厚向参数、剪切屈服应力这些数据[3]。此外，钣金件模具经过了冲压后，也会表现出某一摩擦作用。摩擦现象包含着复杂的成因，体现为表面性。通常来看，还需设定正压力及摩擦因数，得出切向摩擦力。针对于相对性的滑动速度，应当设定比值。

3 构建分析模型

在构建模型时，可选杯形的对称性钣金件。在冲压进程中，设定了反向挤压。轴对称的典型模具构件依照于特定的成形经过，可化为轴对称的解析方式。对于此，只要选定某一模型用于解析即可。定义接触体时，可设定完整的冲头定义并且选取合适的坯料。在模具单元内，定义得到变形性的模具接触体。

接触体可以变形，对称轴设定为约束性的。在这种状态下，对称轴代表着零位移状态下的法线边界。两个变形体可接触于彼此，而后检验得到双边接触的受力特性。具体在检查时，还需细分主从这样两类的节点。相比于单边接触，双线接触设定了更多步骤的运算，也存储了较多数值。然而，这种运算得出的数值精度将会更高。在塑性变形下，钣金模具经过摩擦将会带来热能，解析了热耦合的初期数值，而后推导可得精确的解析模型[4]。此外，在变形解析时，还不可忽视加工冲压头时的硬化效应。经过后期的解析，描绘出明晰的硬化曲线。由此可以发现：挤压钣金件的进程中，塑性形变可达的最大范围也是有限定的。然而，相对状态下的形变总量是较大的。在不同时段内，挤压力也在相应变化。对于此，描绘了变化中的挤压力曲线。如果弯曲较大，那么表示冲压头超出了设定的硬度限度。

例如，在选取坯料过程中，设定了如下的坯料性能：每立方毫米300000N的杨氏模量、0.3的泊松比、每立方厘米6kg的密度。此外，设定了比热容及热传导率。构建有限元模型时，采纳了虚拟方式。对此可模拟某一刚性体，推动冲压头向下侧移动。

4 归纳得出结论

针对钣金件模具，冲压进程中的细微变形都不可忽视。为解析这种变形，可设定数值模拟的步骤及方式。在经过解析后，得出如下结论：

在加大冲压头刚度之后，重设了原先的模拟方式。这样改进之后，相比来看获取了更精准的初期数值。最佳的设置为：缩减至0.5毫米或更低的塑性应变，以及0.1毫米的最大径向位移。

某些钣金件只要大致加工即可，对于这类模具，可比照刚体处理的流程。然而，若事先设定较高层次的成形精度，还需兼顾变形作用下的钣金件成形影响。加工成形状态下，不应忽视潜在的模具变形。这是因为，模具变形表现出较大的钣金件制作影响。为了防控变形，就要优选刚度最佳的钣金构件用于冲压。经过数值解析，模拟得出全方位的工件加工影响。这样做，更能便于设定最合适的工艺路径，指导设计并制作出优质的钣金件模具[5]。

5 结语

对于塑性成形，若设定了常规的精度要求，则依照于常见流程予以处理。然而，若要精密成形，则不应忽视冲压步骤隐含的模具变形。实际上，若忽视了潜在的钣金模具变形，会影响到较大范围内的钣金件质量，造成多样的干扰。在选择材质时，还需解析全方位的模具成形影响。模拟冲压成形，解析了各步骤内的精确数值。这样做，模拟得出全面的冲压模具变形。后期在选取冲压路径及制作模具时，都可参照变形解析得出的数值及信息。

参 考 文 献

[1] 李捷，董洪全，殷玉枫.钣金件模具在冲压过程中的变形分析[J].现代制造工程，2012（08）：56-58+97.

[2] 韩志仁，刘跃专.钣金成形毛坯展开方法研究进展[J].塑性工程学报，2012（01）：6-11.

[3] 胡平，刘海鹏，柳玉起.厚钣金件压弯翻边与回弹的数值研究[J].固体力学学报，2012（01）：72-80.

[4] 刘桂花，冯再新，贾青云，等.板料冲压成形过程中回弹预测及控制的研究进展[J].热加工工艺，2011（17）：114-117.

[5] 吴建军，郭军.钣金零件毛坯展开计算方法研究进展[J].航空制造技术，2011（19）：26-31.