摘要：钣金成型质量主要受钣金模具冲压成形质量影响，其中模具的塑性变形是重要的影响因素之一。由于制作成型的钣金需要较高的加工精度，控制钣金成型质量，需要借助拉格朗日弹塑性本构方程，设立有限元模型，对金属材料的冲压性能进行模拟，分析金属材料在冲压状态下对钣金成型质量的影响因素，在提升钣金成型质量的同时，还能为模具设计以及相关模具生产提供指导性意见。
关键词：模具变形；冲压
引言：
制作钣金模具时，需要使用到金属材料，而金属材料具有塑性特征，在冲压的状态下会出现变形情况，若未能将金属材料出现的变形情况控制在合理的范围内，会严重影响到钣金成型质量。对金属的局部位置施加冲压的荷载，此时金属会发生变形，但是采用的冲压工艺可以将金属的变形控制在合理的范围内，强化金属材料的力学性能，还能提升金属材料冲压生产效率。
1.冲压有限元分析理论
1.1运动方程
根据连续介质力学理论可知，金属在冲压状态下，根据运动方程Ma+Cv+Ku=F，其中M代表质量矩阵，C代表阻尼矩阵，K代表刚度矩阵，a代表加速度，v代表速度，u代表位移，F代表作用力。
1.2塑性描述
金属在承受冲压产生的荷载时，原有的状态发生变化，会出现明显的弹塑性变形，根据拉格朗日原理，以及二次屈服准则可知，金属在冲压状态下，将变形控制在合理的范围内，可强化钣金的成型质量。
1.3摩擦约束
金属材料在冲压过程中，会产生摩擦。金属在摩擦状态下，不同结构的表面会受到不同程度的摩擦约束，其中最为承建的为库伦摩擦约束，该模型为σfr ≤-μσnq，在该公式中，σfr代表切向摩擦力，μ代表摩擦因数，σn代表正压力，q代表相对滑动速度比值。
2.冲压成形工艺及其特点
2.1冲压工艺
现阶段冲压工艺分为分离工序和成形工序，金属材料进入到分离工序，在封闭或者非封闭轮廓线范围内，将金属中的一部分进行分离，未按照封闭轮廓线分离的部分，需要进行修正。分离部分需要经过落料和冲孔工序，制作出凸模和凹模。在制作过程中，金属材料需要经过三个阶段：首先是弹性变形阶段，该环节的金属材料受到较大的内应力作用，会产生弹性压缩、弯曲以及拉伸等形状变化，并且金属的屈服点要高于内应力；其次进入材料进入到塑性变形阶段，该环节内材料的屈服点与受到的内应力相同，材料性质逐渐发生变化。金属材料承受的内应力逐渐增大过程中，内部产生较大的拉应力和弯矩；最后金属材料进入到断裂分离阶段，该环节金属材料会出现上、下裂纹，若上、下裂纹相连，金属材料会出现分离状态。进入材料进入到成形工序时，通常需要经过拉探、弯曲、翻边以及成型等过程。金属材料进入到拉探环节，采用开口空心件的方法，将金属材料的制作尺寸控制在合理的范围内，同时拉探成一定的形状。金属作为钣金成型材料，需要根据钣金的变形性质等进行深入的分析，才能保证钣金成型质量不受到影响，主要是将钣金成型的厚度、凸模、凹痕等合理化的控制。金属材料进入到弯曲环节，在弯曲过程中需要对材料的凸模、凹模以坯料的弯曲程度有效的控制，防止过度的压缩变形影响到材料的成型质量，通常在材料设计弯曲过程中，需要控制回弹量，避免材料出现过度弯曲的情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆材料进行到翻边环节，作为一种冲压成型的必要工序，需要将材料放置在板坯上，通过不断的运动形成凹模和凸模，金属材料运动过程中出现变形，此时变形量应控制在轴向拉应力限制范围内。金属材料进入到旋压状态，需要借助拉探的方式，配合使用空心回旋体工艺方法，使材料通过不断的旋转，完成旋压制作过程。金属材料在旋压过程中，只需机床简单的操作，即可完成生产，可快速完成小型钣金成型制作。
2.2冲压成型特点
冲压成型的特点主要体现在以下几个方面：第一，可提升生产效率，并且操作简单；第二，可有效控制钣金成型的精度，保证模具具有较长的使用寿命，同时具有良好的质量特性；第三，对金属材料进行冲压，可提升钣金成型的质量，同时抗压能力以及刚度，都符合使用标准；第四，对金属材料进行冲压，会出现较少的废料，具有良好的低成本优势。
3.建立分析模型
3.1建立数学离散模型
将一个对称的金属材料制作成分析模型，并对模型施加反挤压力。该模型以周对称零件为标准，在模型的冲头或者坯料位置，设定为常规单元，以便作为材料变形的接触体。围绕可变形接触体，将对称约束设定成对称轴，通过双边接触检查的方式，对每个位置的接触时间进行充分的计算，并提高计算精度，按照有限元分析模型，对冲头向下运动的过程进行分析，以便获得材料在运动、变形等状态下产生的摩擦热量，根据热沟壑分析方法，计算出模型的数学离散数据。
3.2材料属性
按照杨氏模量、比热容和热传导率曲线可知，假设E代表杨氏模量为31kN/mm2，μ代表泊松比为0.27，密度ρ为6kg/mm3，λ代表传导率为24.8mW/mm。若材料温度不断升高，此时杨氏模量和热传导率不断降低，而比热容不断升高。
4.归纳得出结论
在制造钣金过程中，需要制作刚度、强度符合标准的钣金模具，在制作模具时需要使用到冲压工具。使用冲压工艺制作金属材料时，由于金属材料会出现细微的变形情况，需要借助设定模拟数值的方法，按照步骤对金属材料的变形情况进行分析。若提升冲压强度，需要对原有的模拟方法进行改变，以便获得更加准确的冲压数据。一般情况下，需要将模拟压缩量降低至0.5毫米以下。许多钣金在成型过程中，需要提前设定好模拟数据，才能保证钣金成型的精度。所以若改变冲压成型状态，需要重视金属材料出现的变形情况，防止钣金成型质量受到影响。此外，控制金属材料出现较大的变形情况，需要选用较高刚度的金属材料，同时经过精准的分析，对零件加工过程出现的风险因素实施严格的控制措施，以便工作人员按照最佳的冲压工艺路径，制作出刚度、强度等质量参数符合使用标准的钣金。
结语：
综上所述，使用金属材料制作钣金时，为控制钣金成型的质量，采用冲压工艺，需要为冲压过程设定精准的数据，并在正确的流程下完成钣金制作。但是金属材料会存在一定的变形，工作人员应对金属材料的变形特性进行充分的分析，重视钣金模具变形潜在的风险因素，对冲压工艺设定精准的操作参数，全面控制钣金成型的质量。在制作钣金时，可通过模拟的方法，将钣金冲压过程出现的变形情况进行充分的分析，以便提升钣金成型质量，使钣金的刚度、强度都符合使用要求。
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论文作者:李斌,陈少云
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/7
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