开式压力机中厚板冲孔机理与质量控制

摘要

常见的中厚板孔加工工艺有钻孔、火焰切割、冲孔等。其中，冲孔工艺采用冲孔模具在压力机上完成，相比其他工艺更加方便和高效，可满足大批量生产的要求。因此，中厚板冲孔被广泛应用于各钢结构加工等领域。由于本身工艺的原因，中厚板冲孔的质量相比钻孔差。所以，研究中厚板冲孔机理与质量控制对于丰富冲孔理论和指导实际生产具有重要的意义。
　　本文以开式压力机中厚板冲孔机理与冲孔质量为研究对象，进行了有限元分析和实验研究，主要研究内容如下：
　　（1）以1600kN开式压力机为研究对象，采用ANSYS软件对中心加载和偏心加载两种工况进行机身强度与刚度分析。通过建立有限元分析模型，得到了冲裁力对机身变形和机身喉口应力的影响规律。开展了机身扭转变形研究，建立了机身扭转变形计算公式，提出了许用偏载曲线的概念，获得了1600kN开式压力机的许用偏载曲线，为开展开式压力机角变形对冲孔质量影响的研究奠定了基础。
　　（2）为了阐明中厚板冲孔机理，开展了中厚板垂直冲孔与斜角度冲孔过程数值模拟。建立了中厚板垂直冲孔和斜角度冲孔两种工况下的有限元分析模型，获得了板料裂纹发生、发展以及断裂的应力分布，阐述了中厚板垂直冲孔和斜角度冲孔时的变形机理。
　　（3）为了研究工艺参数对冲孔质量的影响，综合考虑冲裁间隙和冲头直径两种因素进行，提出了隙径比的概念，采用有限元分析法开展研究，获得了隙径比对冲孔质量的影响规律。开展了冲孔实验研究，获得了隙径比对冲孔光亮带高度、斜坡角度的影响规律，对数值模拟结论进行了验证。
　　（4）为了更好的再现开式压力机中厚板冲孔时的实际情况，采用ANSYS/LS-DYNA软件，综合开式压力机、冲模和板料的共同影响，开展了开式压力机中厚板冲孔整体数值模拟。发现在冲孔过程中，冲头刃口存在较大的等效应力。机身变形致使冲头产生弯矩，将会影响冲头的强度。整体模拟时板料和机身的分析结果均与之前的结果基本吻合。
　　综上所述，本文对开式压力机中厚板冲孔进行了有限元分析和实验研究，阐述了中厚板冲孔的机理。建立了开式压力机扭转变形公式，提出了许用偏载曲线。通过数值模拟和实验研究相结合的方法，研究了隙径比对冲孔质量的影响规律。将压力机、冲模和板料做为一个整体，建立了整体有限元分析模型，分析了冲头应力分布情况，进一步验证了之前的分析结果。本文取得的研究成果对提高开式压力机冲孔质量具有一定的理论意义和应用价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 中厚板冲孔工艺与设备

1.2 国内外研究现状

1.3 选题目的与意义

1.4 课题研究内容

第二章 开式压力机机身强度与刚度分析

2.1 有限元分析模型

2.2 中心加载工况分析

2.3 偏心加载工况分析

2.4 本章小结

第三章 中厚板冲孔过程数值模拟与冲孔机理

3.1 中厚板机械性能测试

3.2 垂直冲孔机理

3.3 斜角度冲孔机理

3.4 本章小结

第四章 中厚板冲孔质量研究

4.1 隙径比

4.2 数值模拟

4.3 冲孔实验

4.4 本章小结

第五章 开式压力机中厚板冲孔整体模拟

5.1 有限元分析模型

5.2 结果与分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录