铝合金管材无芯模冲切过程的数值模拟

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1、第一章绪论思洪探讨了管材切断、管端冲裁与管壁冲孔这三种管材冲切加工工艺的相关理论、应用及其最新研究进展拍1。赵笑影分析了钢管切断过程中切口收缩的原因，并分析了刀具刃口形状、刀具进给量、进刀压力、刀具安装精度等对钢管断口的影响口1。赵晓雯利用有限元模拟了管材滚压剪切的整个过程，得到了管材滚切断口的形貌，并分析了各种参数对剪切断面的影响，得出了滚切力越大、刀片楔角越大，引起薄壁管缩口越严重、管外壁产生凸起越大陋1。邵一川利用有限元对管材的滚压剪切过程进行了模拟分析，得出了增加刀具进给率后，管材断裂所需要的切削力随之增大，管材缩口愈加严重；刀具楔角变小，管材的断口质量随之提高口1

2、。方刚利用def0衄软件分析了金属延性断裂的判断准则并应用一些准则对切削、冷挤压、冲裁进行了模拟，通过试验结果和模拟结果的对比，塑性成形中的裂纹和宏观断裂可以得到较好的预测u训。温彤应用自己开发的考虑韧性损伤的通用刚塑性有限元分析程序，对金属板材的剪切断裂过程进行了有限元模拟，并分析了剪切模拟过程中每个阶段的力学变化规律，获得了一些比较有价值的结果n¨。虞松对铝合金6082和45钢进行了不同尺寸的剪切、扭转与拉伸试验，得出了11种断裂准则中的断裂阀值，通过对比发现，任何一个准则在不同的试验中都不能得出相同的断裂阈值，此外，还通过试验总结出了关于应变的经验公式，并将此公式应用

3、到普通冲裁和精密冲裁中，验证了经验公式的有效性n21。龙安利用def0眦软件对精冲过程进行了模拟分析，得到了精冲过程中材料的变化规律、冲裁间隙对裂纹的影响规律、冲裁光洁面与反压力的关系等结论n3l。高曙光利用def0肌软件对薄壁管的弧口冲切过程进行了有限元模拟，分析了薄壁管弧口冲切工艺中的断裂问题，证明了No咖alizedcockcrofI&La_吐l锄断裂准则在大变形模拟中的可行性，此外还模拟了不同凸模a角对管壁塌陷的影响，不同管壁厚度对管壁塌陷的影响n制。杨刚对镍板的剪切过程进行了数值模拟，得出了刀片侧向间隙与剪切力的关系曲线，预测了镍板剪切的合理刀片侧向间隙，并为实际

4、的镍板剪切提供了理论支撑n引。汤安民分析了铝合金材料在不同应力三维度下断裂形式的变化规律，得出了影响材料断裂形式的主要因素是塑性变形，当塑性变形较小时，材料易于拉断，当塑性变形较大时，材料易于剪断u引。以上文献对铝合金管，尤其是薄壁管冲裁过程的有限元模拟很少，对铝合金的研究主要集中在用有限元对铝合金板料的成形极限进行预测。1．3选题研究的内容目的和意义1．3．1研究内容管材的冲切以及切断过程涉及到材料的弹性变形、塑性变形、断裂、最后从天津工业大学硕士学位论文母体上分离。管材冲切时的应力应变十分复杂，除剪切应力应变外还有挤压、拉伸、弯曲等应力应变。在阅读大量文献的基础上，本文

5、对如下内容进行了研究：①介绍了几种管材切割方法，并对其优缺点进行了比较。通过参阅文献，了解了国内外对管材冲切过程的研究进展，并对文献中所介绍的管材冲切过程的模拟进行了借鉴。②对管材冲切过程的理论基础进行了说明、探讨，建立了管材切断过程以及管壁切口过程的有限元模型，并在此基础上进行分析。⑨对管材的冲切过程进行了有限元模拟，分析了影响断口质量的工艺参数，获得了冲切过程中管材应力、应变的变化趋势以及刀具冲切过程中的载荷行程曲线。④通过对管材冲切过程的有限元模拟，分析了刀具刃口形状、管材壁厚、冲切速度、管材直径对断口质量的影响，分析了切口附近区域管材塌陷的变化与等效应变的变化；分析

6、了一把刀具、两把刀具与三把刀具将管材切断后的切口质量，并对一些参数进行了优化。⑤通过模拟过程与实际冲切过程进行比较，验证了模拟过程的有效性。1．3．2研究目的和意义管材的冲切加工后的断面，会出现诸如管壁凹陷、断面粗糙不平整等一系列缺陷。影响断口质量的因素很多，各种因素对切口质量的影响无法用定量关系来描述。因此有必要对影响断面质量的因素进行分析、研究，以减小管壁凹陷，满足实际的需求。本论文通过对管材冲切过程进行有限元模拟，获得了影响断口质量的参数，为实际的冲切过程提供了理论依据。第二章金属剪切过程的理论与有限元分析基础2．1弹塑性力学基础2．1．1弹塑性力学的基本假设弹性力学

7、和材料力学一样，都属于固体力学的分支，对其研究的对象——变形固体，也都采用同样的基本假设nⅫ1：①连续性假设该假设认为组成固体的物质不留空隙的充满了固体的体积。实际上，组成固体的粒子之间存在空隙，并不连续。但这种空隙与构件的尺寸相比是及其微小的，可以忽略不计，于是就认为固体在其整个体积内是连续的。从而当把所有的物理量表示为固体的点的坐标函数时，就可以对这些物理量进行坐标增量为无限小的极限微分。②均匀性假设该假设认为，在固体内任何位置处的力学性能都相同。对于金属来说，其是由很多晶粒构成的，但各个晶粒的取向并不相同，其