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摘要：随着科技的进步，机械制造业的快速发展，模具已经成为国民工业的基础性分支。钣金件模具在钣金件的冲压成形过程中起着举足轻重的作用。本文针对冲压进程中的钣金件模具，对变形过程进行了解析，为实际生产工艺的制定和模具设计等提供重要的理论参考依据。
关键词：钣金件模具；冲压进程；变形解析
模具是一种使用量大，适用面广的工具产品，模具工业的进步对各种类型的产品的生产都有十分重要的意义。板料成形技术既是先进制造技术的重要组成部分，又是先进制造技术的重要应用领域［１］。钣金件模具在金属塑性加工生产中要发生变形。这将对某些精密钣金件的成形过程产生较大影响。金属的冲压过程是一个局部加载、整体受力而驱动金属塑性变形的过程采用冲压工艺不但可以提高金属的塑性，改善锻件的力学性能，还能提高生产率，节约金属材料，生产复杂截面形状的产品。
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。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］。
２钣金件模具冲压变形的有限元分析
２.１运动方程
由连续介质力学理论，系统的运动方程为：
Ma+变形Cv+变形Ku=变形F……………………………(1)
式中:M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；a为加速度；v为速度；u为位移；F为作用力。
采用Newmark-beta隐式积分,其一般形式为:
Uｎ－１=变形un+Δtvn+(1／2-β)Δt2an+βΔt2an+变形1………(２)
vn+变形1=变形vn+(1变形-γ)Δtan+γΔtan……………(３)
式中:下标n代表迭代次数；Δt为时间增量；u、v分别为位移和速度；β、γ分别为常数；采用四节点单元进行有限元离散化时,γ=变形1变形/2,β=变形1变形/4,因而：
(4／Δt2M+2／ΔtC+变形K)Δu=变形Fn－1-Rn+变形M(an+4／Δtvn)+变形Cvn…………………………(4)
式中:内力R=∫vβTσdv。
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为消除线性化带来的误差,采用牛顿-拉弗森法进行平衡迭代,迭代求解平衡方程为:
kt变形［u］Δu=Δp变形………………………………(5)
kt变形［u］为增量步开始时的切线刚度矩阵,第一次求解得:Δu=Δu1,下一次迭代有:
kt(u+变形u1)Δu=变形R1=变形P变形-I变形……………………(6)
式中:P、I分别是外部节点载荷矢量、内部节点载荷矢量;解得:Δu=Δu2,反复迭代得:
Δu=Δu1+Δu2+Δu3+………………………(7)
迭代收敛条件为位移迭代收敛条件,即:
max|Δui-Δui-1/Δui|≤变形FRCTOL变形…………………(8)
式中:变形i为迭代次数号,FRCTOL为定义的收敛允差。
２.２摩擦约束
摩擦是一种非常复杂的现象,包含许多表面特征。一般最常见的摩擦类型为库仑摩擦模型:
σfr≤变形-μσnq………………………………(９)
式中:σfr为切向摩擦力;μ为摩擦因数;σn为正压力;q为相对滑动速度比值,变形q=变形vr/|vr|,vr为沿切向的滑动速度。
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[３]。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。
４冲压模具变形分析
4.1引起冲压模具变形原因
4.1.1变形模具设计因素
模具结构的种类各式各样，不同的模具结构差异十分大，冲压模具的结构十分复杂，在实际生产过程中很难得到模具各部位的受力大小和受力情况，所以，需要从下面两个方面分别进行分析考虑，即模具尺寸及形状设计和模具材料选择不合理，这两方面的因素很容易导致冲压模具使用时过早变形，同时还会使得薄壁产生开裂变形和塑性变形，此外，设计时出现模具间隙不合理的结构，就会出现冲压模具刃口易崩及磨损加剧或钝化现象。
4.1.2机械加工
机械加工对模具变形的影响也是十分明显的，由于模具的内部结构十分复杂，在冲压模具在制造过程中，需要很多道人物工序才能使工件制造出来，这些主要的机械加工有磨削加工，切削加工，电火花加工等，其中任何一道工序的加工质量对冲压模具的寿命和变形形式都会产生很大的影响。
4.1.3材料热处理
材料热处理也会造成严重模具变形结果，相关数据显示，大约百分之七十的的模具变形有部分原因都是热处理不当而引起，所以，模具材料的热处理的选取是否合适对模具的质量及寿命具有决定性的作用。很多时候，模具的最终使用性能直接就是模具热处理后的性能，因此，模具的材料热处理对模具的寿命有直接的影响。
4.2改善模具变形的措施
在模具设计时，可以加粗卸料板组件的导套与导柱，将卸料板组件的厚度设计成凸模工作长度的三分之二，这样能使模具在高速运行的情况下也能保证稳定；在导柱的长度设计时，应保证以下这种情况，在冲裁开始前一小段时间里，导柱就进入凹模组件上的定位孔内，这种设计能有效地使其抵抗外力的能力得到提高；此外，可以适当缩小卸料板组件上通过凸模与凸模的孔之间的间隙，这样也能使卸料板组件的导向能力得到提高。
５结束语
模具工业是制造业必不可少的一个重要成分，模具的质量很大程度上能决定产品的好坏，所以，在模具的设计与制造，以及后期的使用维护中，都要按照国家相关标准来进行，要达到专业化标准，只有不断提高模具设计和制造水平，合理的使用和维护模具设备，其适用寿命才能得到提高［５］。
参考文献：
［１］王春双.变形钣金件模具在冲压进程中的变形解析[J].变形中小企业管理与科技旬刊,变形2016(7):114-115.
论文作者:李海锋
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/2
标签：模具论文; 塑性论文; 钣金件论文; 卸料论文; 进程论文; 迭代论文; 加工论文; 《防护工程》2017年第14期论文;