1，简介
金属成型过程中，分析模具故障是重要问题之一。21世纪初，大多数研究专注于理论和数字化方法。上限分析，冲击接触程序以及有限元法，是分析冲压工艺的三种主要方法。随着电脑科技的发展，有限元法成为突出的分析技术。
Ａltan及其合作者讨论了锻造工具失败的原因，并且展示了可应用于工序和工具设计的疲劳分析理念。在其两页的文章中，他们使用冲剪载荷作为边界力来分析成型过程中所受的应力情况，并且确定故障出现的原因。在此理念下，他们也给模具设计提出了建议。
在这篇文章里，用线性应力分析3D模拟图，因此，应力图用来解释裂纹产生的原因。本文也提出了一些减少应力集中以优化模具的建议。为了优化模具设计，“几何及内圆角对模具的影响”放在简化的轴形图上讨论。
2． 问题说明
本项研究专注于典型金属成型过程中模具的线弹性应力分析。如图1所示。图2 中，上表面的半月形模块向下朝轴环内的工件运动，模块嵌入工件内。反复操作后，模具上出现裂纹:1,当模具碰撞工件时，在半月形模块和一个边缘之间出现裂纹1；(2) 反复碰撞后，模具圆角上出现裂纹2.
本篇文章的研究目标：（1）确定裂纹产生的原因，（2）研究几何及内圆角的作用。
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模拟和分析
对于案例1中所使用的两个网络格，如图4中a和b所示，最大主剪向力分布在圆角区内。此结果显示，两个不同网格图受力区分布一样。因此问题可以归结为一个。
Altan 及其合作者展示了模具顶端的轴形受力分析，在他们的研究中，当工件材料向下填充模具和圈之间的空间时，模具的接触面拉长，在承转半径区域，主应力改变方向并且达到一个高的拉力。
根据他们的分析，导致疲劳故障的原因有两个：第一，当应力超出模具材质的强度时，局部塑性区在第一次循环负载中渐渐产生，并且在接下来的重复负载中经历塑性区。因此，微小的裂纹产生。第二，主应力拉伸致使微小的裂纹产生并最终导致其扩大。
图5中a图所示，Von Mises应力分布，在半月形模块和内圆区产生较高的应力。加入接触面压力保持增长，塑性区在这两个区域内首先出现。
图5中b图展示最大主应力分布。为了展示裂纹1出现的区域，图5中C提供乐儿放大的受力图。很明显，在半月形模块和自由边之间存在25.5MPA的里，这也是导致裂纹出现的原因。当裂纹增加至1-2个格时，导致裂纹产生的应力必须与此平面平行。图5中b图显示最大主应力在节点145上的方向，此图也确认了裂纹1相当于1-2个点。
反复撞击后，裂纹2出现在圆角区，因此而导致疲劳故障增加。
此研究中的区域与Altan机器合作者所研究的非常相似。然而，当前问题中，此区域没有接触应力。图5中b图所示，在圆角区域最大的主应力都是收缩的。图5中e图所示，在圆角区有大约30MPA的剪应力。此剪应力好像是导致裂纹产生和扩大的原因。
4.2.4
优化方案建议
第一，最大主应力和最大剪应力随着h德的加而增加，因此h应该相对小点。
第二，随着R的变化，最大主应力和最大剪应力的数值趋势不同。如果最大主应力是导致模具失败的潜在原因，那么R应该减小。相反，如果最大剪应力是潜在原因，R的数值应该变大。一般来说，R的数值在1.5毫米到2.0毫米之间。
第三，当r2/r1小于2时，r2/r1对最大主应力和最大剪应力影响深远，然而趋势不同。如果主应力生活imoju失败的原因，r2/r1的比值应该增大，反之则要缩小。
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总结
使用有限元法 分析应力，使用3D模型分析裂纹的机械法。这种方法不仅预测了裂纹产生的原因，也预测了裂纹扩大的方向。
另外，使用2D模型研究模具图形和内圆角在应力分布上的影响。模型设计上给予大致的指导方针。在模具设计的其实阶段，为了节省时间和开销，有限元法可以预测模具设计中可能出现的故障。实验结果在模具设计理论和工业生产中都有使用价值。 |
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发表于 2011-4-14 09:40:02
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