中厚板冲孔形状质量分析与冲头结构研究

摘要

中厚板冲孔是指借助模具在压力机上完成并在中厚板料上冲出所需形状的孔的冲压加工方法。由于本身工艺的原因，中厚板冲孔质量比钻孔的差，研究提高冲孔质量的方法越来越重要。因为冲孔工艺借助模具在压力机上完成，所以，模具的结构形式对冲孔质量有一定影响。因此，研究中厚板冲孔质量与冲孔模具结构对指导实际生产具有重要的工程价值。
　　本文以中厚板冲孔质量与冲头结构为研究对象，进行了数值模拟和实验研究，主要研究内容及结果如下：
　　（1）为了研究中厚板冲孔机理，开展了常规冲孔过程数值模拟。建立了常规冲孔的模拟模型，获得了冲孔过程中裂纹的发生、发展及断裂的整个变化过程，发现在冲孔过程中，冲头刃口附近存在较大的等效应力集中区域，阐述了中厚板常规冲孔的变形机理。总结了常规冲孔存在的问题及原因。
　　（2）综合考虑光亮带和塌角两种因素对冲孔形状质量的影响，提出并建立了冲孔形状质量量化标准的公式，即光亮带的长度与板厚的比值乘以塌角余弦值的乘积。通过对公式进行分析，表明它的值越大，冲孔质量越好。并采用实验研究和数值模拟的方法，研究了工艺参数和压边圈对冲孔形状质量的影响规律。
　　（3）为了提高冲孔质量，提出了冲头新结构。开展了新结构冲孔过程数值模拟，阐明了新结构冲头的冲孔机理。运用正交试验对新结构的设计参数进行优化，获得了最优试验方案和最差试验方案。并将它们的模拟结果与常规冲孔的对比分析，发现新结构的最差试验方案的冲孔形状质量比常规冲孔的高，证明对模具结构的改进是有效的。
　　（4）为了研究新结构冲孔在实际生产中是否可行，进行了实验研究。设计了实验方案，获得了新结构冲孔和常规冲孔的实验结果。通过实验结果对比分析，得到了新结构的冲孔质量比常规冲孔的高，证明了新结构可以提高冲孔质量。
　　综上所述，本文对中厚板常规冲孔和冲头新结构冲孔进行了数值模拟和实验研究，阐述了中厚板冲孔机理。建立了中厚板冲孔形状质量的量化公式，采用数值模拟和实验研究的方法，研究了隙径比、相对间隙、压边圈对冲孔形状质量的影响规律。提出了可以提高冲孔质量的冲头新结构，研究了新结构冲孔机理，并对新结构冲头进行了参数优化和实验研究，进一步验证了新冲头可以提高冲孔质量。本文取得的研究成果对提高中厚板冲孔质量有着一定的理论意义和工程价值。