基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，包括以下步骤：依据精冲材料的断裂准则，求得板料裂纹萌生时临界静水应力；精冲时压边圈、凸模和反顶板上分别施加有压边力、冲裁力和反顶力，反顶力随着冲裁行程增加而增加；从冲裁行程初始位0行至冲裁行程位S1过程中，压边力逐渐增加，当从冲裁行程行程位S1行至冲裁行程结束过程中，压边力逐渐减小，当冲裁行程达到行程位S1时，板料达到临界静水应力。实现抑制裂纹萌生的效果，获得全光亮带的精冲零件，以降低精冲过程中的能源消耗，提高精冲零件成形质量，增加模具使用寿命，获得良好的综合经济效益。

Design Method of Plastic Fine Blanking Process Based on Crack Initiation Control

The invention discloses a design method of plasticizing fine blanking process based on crack initiation control, which includes the following steps: according to the fracture criterion of fine blanking material, the critical hydrostatic stress at crack initiation of sheet metal is obtained; blank holder, punch and reverse top plate are respectively applied with blank holder force, blank holder force and counter-top force during fine blanking, and counter-top force increases with the increase of blanking stroke; The blank holder force increases gradually from the initial position 0 to the blanking position S1, decreases gradually from the blanking stroke S1 to the end of the blanking stroke, and reaches the critical hydrostatic stress when the blanking stroke reaches the stroke position S1. The effect of restraining crack initiation is realized, and the fine blanking parts with full bright band are obtained, so as to reduce energy consumption in the fine blanking process, improve the forming quality of the fine blanking parts, increase the service life of the die and obtain good comprehensive economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法
本专利技术涉及机械加工
，具体涉及一种基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法。
技术介绍
精冲是精密冲裁的简称，狭义上的精冲指的是强力压边精冲，是一种从普通冲裁发展而来的冲压分离工艺。精冲工艺利用带齿圈的压边圈与反顶板、极小的冲裁间隙(单边间隙一般设置为板厚的0.5％左右)和能够提供三向动力的精冲压力机，实现高质量的冲裁。精冲零件的断面光洁、垂直，平整度好，精度高，所生产零件通常无需再次加工即可投入使用，加工效率极大提高，大大降低了生产成本。精冲技术现已经广泛地应用于钟表、计算机、照相机、打字机、仪器仪表等精密机械的制造当中，而且在家用电器、汽车工业、航空航天和办公设备等工业部门中应用也在日益扩大。目前，传统的精冲工艺分为压边和冲裁两个过程，在冲裁过程中，一般是依据经验设置一个压边力与反顶力，这两个力在整个冲裁过程中保持不变，即在恒定的压边力与反顶力下完成冲裁行程。在设置压边力与冲裁力时，通常忽略了材料在冲裁不同阶段对于不同力的需求，会造成实际所设置的力大于或小于材料完成精冲所需的力，而且在考虑到保证冲裁质量的前提下，这个力通常是大于材料完成冲裁所需要的力，这样就会造成能源的浪费，同时设置过大的力又会造成模具的磨损加剧。本专利技术提出了一种基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，根据材料冲裁过程中不同阶段设置不同的力，完成冲裁过程。这样既能保证成形零件的表面质量，又可以减少能源消耗，提高了模具的使用寿命，获得良好的综合经济效益。本专利技术对降低精冲过程中的能源消耗和提高精冲零件成形质量和模具寿命具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，实现抑制裂纹萌生的效果，获得全光亮带的精冲零件，以降低精冲过程中的能源消耗，提高精冲零件成形质量，增加模具使用寿命，获得良好的综合经济效益。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，实现本增塑精冲成形工艺设计方法采用的精冲设备，包括相对设置凸模与凹模，待精冲板料放置于凸模和凹模之间，凸模上套设有压边圈，凹模连接有反顶板的顶部；所述的基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，包括以下步骤：1)依据精冲材料的断裂准则，求得板料裂纹萌生时临界静水应力；2)对板料进行精冲时压边圈、凸模和反顶板上分别施加有压边力Fbh、冲裁力Fp和反顶力Fcp，反顶力Fcp随着冲裁行程增加而增加，从冲裁行程初始位0行至冲裁行程位S1过程中，压边力Fbh逐渐增加，当从冲裁行程位S1行至冲裁行程结束过程中，压边力Fbh逐渐减小，当冲裁行程达到行程位S1时，板料达到临界静水应力。按照上述技术方案，在所述的步骤2)中，在冲裁行程0-S1时，压边力由Fbh0增加到Fbh1；在冲裁行程从S1行至冲裁行程结束时，压边力由Fbh1减小到Fbh2，反顶力随着冲裁行程的增加，反顶力由Fcp0增加到Fcp1。按照上述技术方案，所述的步骤2)中，当行程位S1为板厚的1/3。按照上述技术方案，在所述的步骤2)中，冲裁行程位S1的确定过程为：a)将整个冲裁过程等分为n段，形成n+1个凸模行程节点；b)通过有限元软件在凸模行程的每个节点上进行仿真，调节压边力与反顶力，使凹模刃口处板材材料的实际静水应力等于临界静水应力，并记录每个凸模行程节点的压边力与反顶力，得到n+1组压边力与反顶力的数值；c)将n+1组数据点进行拟合，得到冲裁过程中的压边力和反顶力的加载曲线。按照上述技术方案，所述的步骤a)中，将整个冲裁过程等分为10段，形成11个行程节点，分别为0,0.1t，0.2t，0.3t，0.4t，0.5t，0.6t，0.7t，0.8t，0.9t，t；t为被冲裁的板材板厚。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，通过有限元方式获取冲裁行程的等效应变和等效应力数据，依据材料的断裂准则反求出材料裂纹萌生时的临界静水应力，在冲裁过程中调节压边力与反顶力，使其适应冲裁行程的不同阶段对于力的需求，提供所需临界静水应力；根据断裂准则反求临界静水应力，依据所求临界静水应力设置压边力与反顶力，精冲过程中反顶力随着冲裁行程增加而增大，压边力随着冲裁行程增加先增大后减小；实现抑制裂纹萌生的效果，获得全光亮带的精冲零件，以降低精冲过程中的能源消耗，提高精冲零件成形质量，增加模具使用寿命，获得良好的综合经济效益。附图说明图1是本专利技术实施例中精冲示意图；图2是本专利技术实施例中等效应变图；图3是本专利技术实施例中等效应力图；图4是本专利技术实施例中求得临界静水应力图；图5是本专利技术实施例中压边力与凸模行程曲线图；图6是本专利技术实施例中反顶力与凸模行程曲线图；图7是本专利技术实施例中精冲过程中凹模刃口处的静水应力值；图8是本专利技术实施例中压边行程中静水应力分布图；图9是本专利技术实施例中精冲过程中材料位移的分布图；图中，1-压边圈，2-凸模，3-板料，4-凹模，5-反顶板，Fp-冲裁力，Fbh-压边力，Fcp-反顶力，Fcpa-d顶件力。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。参照图1～图9所示，本专利技术提供的一个实施例中的基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，实现本增塑精冲成形工艺设计方法采用的精冲设备，包括相对设置凸模2与凹模4，待精冲板料3放置于凸模2和凹模4之间，凸模2上套设有压边圈1，凹模4连接有反顶板5的顶部；所述的基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，包括以下步骤：1)依据精冲材料的断裂准则，反求板料3裂纹萌生时临界静水应力；2)对板料进行精冲过程时压边圈1、凸模2和反顶板5上分别施加有压边力Fbh、冲裁力Fp和反顶力Fcp，反顶力Fcp随着冲裁行程增加而增加，冲裁行程从冲裁行程初始位0行至冲裁行程位S1过程中，压边力Fbh逐渐增加，当从冲裁行程行程位S1行至冲裁行程结束过程中，压边力Fbh逐渐减小，当冲裁行程达到行程位S1时，板料3达到临界静水应力。进一步地，整个精冲过程分为压边行程和冲裁行程，压边圈的底面分布有V形齿圈，精冲过程中首先是V形齿圈压入板料，形成压边行程，之后是凸模冲裁板料，形成冲裁行程，能改变的工艺参数都是在冲裁行程。进一步地，在所述的步骤2)中，在冲裁行程0-S1时，压边力由Fbh0增加到Fbh1；在冲裁行程S1至行程结束时，压边力由Fbh1减小到Fbh2，反顶力随着冲裁行程的增加，反顶力由Fcp0增加到Fcp1。进一步地，所述的步骤2)中，当S1的范围为板厚的1/3。进一步地，当冲裁行程达到板厚三分之一时，压边力对静水应力影响减弱。故由仿真数据设置为，在冲裁行程0-1.3mm时，压边力由138kN增加到177kN；在冲裁行程1.3mm-4mm时，压边力由177kN减小到0kN。进一步地，反顶力：在有限元仿真过程中发现，反顶力对静水应力影响伴随整个冲裁过程，将反顶力作为调节重点。有仿真数据将反顶力设置为，在冲裁行程0-4mm时，反顶力由14kN增加到113kN。进一步地，在获得了临界静水应力之后，目标就是调节冲裁过程中的压边力与反顶力，使凹模4刃口处材料的实际静水应力处在临界静水应力之下，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，其特征在于，实现本增塑精冲成形工艺设计方法采用的精冲设备，包括相对设置凸模与凹模，待精冲板料放置于凸模和凹模之间，凸模上套设有压边圈，凹模连接有反顶板的顶部；所述的基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，包括以下步骤：1)依据精冲材料的断裂准则，反求板料裂纹萌生时临界静水应力；2)精冲时压边圈、凸模和反顶板上分别施加有压边力、冲裁力和反顶力，反顶力随着冲裁行程增加而增加；从冲裁行程初始位0行至冲裁行程位S1过程中，压边力逐渐增加，从冲裁行程位S1行至冲裁行程结束过程中，压边力逐渐减小，当冲裁行程达到行程位S1时，板料达到临界静水应力。

【技术特征摘要】
1.一种基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，其特征在于，实现本增塑精冲成形工艺设计方法采用的精冲设备，包括相对设置凸模与凹模，待精冲板料放置于凸模和凹模之间，凸模上套设有压边圈，凹模连接有反顶板的顶部；所述的基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，包括以下步骤：1)依据精冲材料的断裂准则，反求板料裂纹萌生时临界静水应力；2)精冲时压边圈、凸模和反顶板上分别施加有压边力、冲裁力和反顶力，反顶力随着冲裁行程增加而增加；从冲裁行程初始位0行至冲裁行程位S1过程中，压边力逐渐增加，从冲裁行程位S1行至冲裁行程结束过程中，压边力逐渐减小，当冲裁行程达到行程位S1时，板料达到临界静水应力。2.根据权利要求1所述的基于裂纹萌生控制的增塑精冲成形工艺设计方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，在冲裁行程0-S1时，压边力由Fbh0增加到Fbh1；在冲裁行程从S1行至冲裁行程结束时，压边力由Fbh1减小到Fbh2，反顶力随着冲裁行程的增加，反顶力由Fcp0增...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳雄，刘浩，华林，王宇尘，段嘉鑫，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42