镀锌板圆盘剪分切加工过程有限元仿真与实验研究

【摘要】家电、汽车、电工电讯、办公机器、五金制品等行业的高速发展促使金属制品业在加工工艺理论、装备水平、质量要求等方面发生了巨大的变化,对金属板材及其制品的精度要求越来越高。将宽幅面的金属板材分切为所需宽度的带材是制作精密金属制品的基础,因此,对金属板材圆盘剪精密分切加工的要求也在不断提高。为深入理解圆盘剪分切加工机理、优化工艺参数和控制分切质量,本文对镀锌板的传统分切工艺和塑性剪切压迫分离精密分切工艺进行了有限元仿真和实验研究,分析了板材的变形断裂过程、分切断面形貌和剪切力等内容。根据金属板材圆盘剪传统分切工艺原理,应用DEFORM-3D建立了镀锌板分切加工的三维有限元模型,仿真分析了板材的变形断裂过程和应力状态的变化情况,得到的断面形貌与实际加工的结果一致。通过材料金相组织和等效应变状态分析了材料的塑性流动规律,随着圆盘刀的逐渐切入,刀具刃口处材料发生明显的塑性流动,产生剧烈的塑性变形,且变形程度随刀具切入深度的增加而增加。同时获得了剪切力和轴向力变化曲线,较好反映了分切过程中力的变化规律,并与剪切力理论计算值进行对比,表明本文的仿真结果可信,能够为剪切力的分析提供参考。仿真计算发现,随着上下圆盘刀侧向间隙的增大,剪切力和轴向力都逐渐减小；而随着径向重叠量的增大,剪切力逐渐减小,轴向力逐渐增大。针对金属板材的圆盘剪分切加工,采用塑性剪切压迫分离工艺可以得到平整无毛刺的分切断面,基于精密分切加工实验建立了有限元模型,采用DEFORM-2D进行仿真,通过金属流变组织和材料静水应力的变化情况分析了镀锌板的变形过程和断面形貌的形成,仿真得到的分切断面特征与实验结果具有良好的一致性。研究了圆盘剪径向间隙和侧向间隙对无毛刺精密分切工艺的影响,发现当侧向间隙一定时,径向间隙为板材厚度的20%时分切断面质量最好；侧向间隙小于板材厚度的2.5%时才能实现塑性剪切压迫分离工艺,在合理的侧向间隙范围内其值变化对分切断面形貌特征影响不明显。精密分切过程中材料产生加工硬化现象,断裂带区域的硬化程度和深度最大,上下两个塌角区域硬化程度较小。相对于传统分切工艺,精密分切加工塑性剪切阶段产生的剪切力和轴向力有明显的增大。
【作者】石现景；
【导师】阎秋生；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】圆盘剪分切；有限元仿真；塑性剪切；压迫分离；断面形貌；加工硬化；

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