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接触压力的演化及其与金属板材成形磨损的关系

文章历史： 2007 年 7 月 18 日被收到， 2008 年 3 月 11 日以修订的形式被接收，2008 年 4 月 11 日被公认， 2008 年 7 月 2 日 可以上线，

关键词：接触压力、有限元分析、板料成形、磨损 摘要：

在给定的金属片成形过程中，对接触压力分布的准确测定是估计刀具寿命的重要一步。这项调查利用有限元 (FE) 分析来建模和解释在模半径通过出通道形成过程的演变与接触压力分布。结果发现，在大部分过程中，存在一个典型的双峰稳态接触压力反应。然而，在此之前的初始瞬态响应，以极大和局部的的接触压力并且是两倍以上规模的稳态峰压为特点。通过详细的数值分析和通过检查磨损做试验用的心理冲压操作的响应，对预测的接触压力行为的有效性进行了评估。实验结果表明高接触压力区域的瞬态响应符合严重磨损的磨损机理。因此，瞬态响应可能是最重要的刀具磨损反应；因此质疑传统的弯下-张的穿钢板冲压过程的测试的适用性。最后，一个参数研究是冲压，使用开发的有限元模型，检查稳态和高峰瞬态接触压力对主要工艺参数的影响，结果发现，弯曲率和毛坯材料的极限抗拉强度对接触压力有最大的影响。和主要过程有关的参数，摩擦系数和压边力，被发现只有小部分的影响。

1.介绍

在最近几年，汽车板料成形工业已看到已实现满足高强度钢

崩溃的要求，由于环境的关系问题而减少使用润滑剂，由于共同整车平台的发展而增加的工具寿命的需要的现象。因此，形成的工具现在必须承受更高的成形力的时间较长；导致不可接受的程度的磨损和擦伤。由于需要昂贵的耐磨材料和涂层，增加停工和维修工具，贫乏的的部件质量的表面完美和几何精度，磨损问题可能是昂贵的。因此，刀具寿命的准确预测，已成为一个日益增加的要求。

不幸的是，磨损是一个复杂的系统反应，而不是仅仅是一个个人的物质财产或独特的物理机制机制[1] 。因此，在文献中有数以百计的方程描述许多类型的磨损[ 2 ]。一些文献中基于实证的关系，描述磨料和粘合剂的滑动接触面的磨损，包括byRhee[3] ,Bayer[4]和Archard [5] 提出的。

在这种类型的方程，磨损率瓦特通常表示为一个功能正常负荷L，滑动距离S（或滑动速度和时间），和磨损系数K，采用以下形式： W =?？？， （1）其中m和n是经验常数，安装使用模拟实验室测试数据[6]。一般情况下，据观察，m ≥ 1 （具有典型值范围内的 2-3） 和 n ≤ 1 [1]。在磨损和正常负载之间的权力关系，如果指数大于1 ，表明高峰负荷对磨损反应有显著影响。这与最近的由严复等人提出的结果一致。确定的磨损率对最大接触压力非常敏感，[ 7 , 8 ]。

因此，对一个合适的磨损模型的应用至关重要的一步就是准确的测定接触压力和是峰值接触压力，特别是在滑动界面。对于绘图类型的进程，该工具模具半径地区受到最严重的摩擦压力，通常在这附近的高

耐磨水平所示。因此，本文研究的规模和接触压力分布在模具半径为特定的冲压工艺。

本文的新颖的贡献是利用有限元分析，研究在形成过程中的一个典型的通道的模具半径的接触压力的演化。

特别是，一个短暂的接触压力的反应是确认的，在以前的研究中一直没有观察到的接触压力/磨损金属板形成9–[ 13 ]。鉴定瞬态条件被推测为原发性磨损的反应，由于巨大和局部接触压力的发现而发生。此发现潜在问题钣金冲压过程的传统磨损试验的适用性。

2.实验和数值设置成形过程

图 1 中所示的通道成型过程是用来复制一个典型的金属薄板冲压模具汽

车行业所经历的磨损条件[14,15]。声明，请参阅包含半工业磨损测试装

置的安装程序、 过程和结果的详细的说明。表 1 概述了关键的变量。使用这项调查的空白材料是无涂层 2.0 m m 厚双相 600 级钢 (DP600)。这些工艺条件 (几何，形成模式、 空白的材料及厚度) 被选为他们具有代表性的典型的车身结构组件例如，导轨、 跨成员和支柱 [14,16]。发现这种情况会容易磨损和擦伤 [14]。

实验过程中被复制的数值模拟方法，采用非线性隐式有限元代码（ABA QUS /标准版本6.5–1）[ 17 ]。分析被简化为一个半对称，两维平面应变问题。为了详细的分析空白和模具半径之间的联系，模具网和空白网格显著细化各自的接口的地区（图1c）。由于模拟接触和显著弯曲经历的空白，四个节点，双线性，平面应变的模拟，四边形与减少结合点，

加强沙漏控制 （CPE4R） 被用于所有配件网。

百度翻译：

一小部分节点，直线，平面应变，三角元素（cpe3）被用来允许过渡到?东北网在该地区的死亡半径，一个网格在剩下的死。约束限制被用来合并在一起dissim -类似的地区和东北?粗网格，允许更快的过渡网格密度附近的表面相互作用的兴趣（图集成电路）。使用约束限制性?明显减少单元数量，因而减少了75%的计算时间，只有微不足道的影响预测的应力，应变，力量和控制的压力在整个模型的机智。详细的有限元网格使用的是表2所示。边长的元素之间的界面上的空白和死亡半径也列出参考。

必应翻译：

少量的三节点、 线性、 平面应变，三角形单元 （CPE3） 被用来允许对模具的其余部分课程网模半径，从该区域的模具半径的网过渡为模具的其余部分的网。约束限制被用于合并不同地区的粗细网格，允许更快的转换网格密度的利益 (图 1 c) 相互作用表面附近的合并在一起。 配合约束的使用使必需的元素的数量显着降低，导致在计算时间减少75％ 同时对预测的应力，应变，力量和整个模型中的接触压力有微不足道的影响。有限元网格使用的详细信息如表2所示。在空白和模半径之间的界面元素的边长也列出供参考。各向同性材料性能的空白和工具（模具，冲床，压边）列于表3。弹性包括刀具材料的定义，以确保准确的接触压力进行了预测 - 反对僵化的简化，通常在金属板材成形有限元分析。对于dp600空白材料，它的塑性行为在拉伸试验中的测量，可近似

的用一个标准的幂律模型表示（如式（3）和表3的幂律模型和设置参数）。 谷歌翻译：

默认的―主从‖算法在ABAQUS使用―硬接触‖压力过封闭的关系[17]定义的空白和工具表面之间的相互作用，由于工具 明显地比空白硬，工具表面被作为主表面的相互联系。摩擦模型采用各向同性惩罚摩擦公式计算。该系数的有效摩擦是不同的，以便相关的 实验测量的长度 f 和拳力与预测的数值模拟。摩擦系数为0.15 ，达到了良好的相关性。应用的恒定压边力450 N （等同于8兆帕实验装置的初始接触压力）

3.接触压力预测

第 1 突出显示接触压力磨损响应的重要意义。本节将对模具的半径的总体分布、 大小和位置的峰值应力，这些在整个过程中的演变的角度检查接触压力的行为。

3.1 接触压力分布及演化

图 2 显示模拟结果历史中，预测的接触压力分布过程中几个实例的模半径。作为参考，在

每个图中的插图显示一个三维图形的空白变形在特定时刻时的仿真。很明显的接触压力的反应是复杂的，在模具半径和整个形成过程显著不同，因此不能完全捕获图五图。为了更好的理解接触压力明显依赖于时间的演变，有必要通过模拟结果的历史在许多实例绘制分布。

为一个类似的模式/流程设置[18 ]，作者通过一个三维表面图， …… 此处隐藏：1646字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……