刘倩等：基于Lemaitre模型的辊式冲裁工艺断面质量分析 ·1205· 说，随着模具圆角的增加，塌角宽度与高度随之增加， 当冲裁间隙为0.1mm,模具圆角为0.02mm时， 光亮带与压痕高度变化不大，而断裂带高度减小.与 分别采用厚度为0.5,0.8,1.0和1.5mm的板料来研 前刃口一样，毛刺高度会随模具圆角增大而急剧增加， 究断面质量变化情况，见图11.对于前刃口来说，随着 然而与前刃口毛刺相比，后刃口毛刺相对更大一些. 板料厚度的增加，塌角相对宽度与高度、压痕相对高度 3.3板料厚度 都在减小，光亮带相对高度则是先增大而后稍有减小， 随着板料厚度增加，冲裁断面上各个特征区绝对 断裂带相对高度是持续增长.后刃口断面变化趋势与 值也在增大.为了能够衡量不同板料厚度对产品质量 前刃口相类似，比较而言，后刃口的塌角程度与断裂带 所带来的影响，特征区尺寸不能采用绝对值，而应采用 要大，光亮带高度较小. 与板厚间的相对值来表示 60F 100 ·一塌角相对宽度 一·塌角相对高度 50 ,山光亮带相对高度 80 40 ib................ 60 4 安30▲· 塌角相对宽度 -·塌角相对高度 一一断裂带相对高度 一一断裂带相对高度 ~·光亮带相对高度~◆压痕相对高度 40-- 一◆压痕相对高度 10 0.5 0.8 1.0 1.5 0.5 0.8 1.0 1.5 板料厚度/mm 板料厚度mm 图11板厚对断面质量的影响.(a)前刃口：(b)后刃口 Fig.11 Effect of sheet thickness on the sheared edge quality:(a)leading cutting edge;(b)trailing cutting edge 图12为最大冲裁力、扭矩与板厚间的关系.随板 与凹模所受扭矩随板料厚度增加而增加，其中凸模所 厚的增加，冲裁力始终在增加，然而，前刃口所需的冲 受扭矩增幅较大：对于后刃口来说，随板料厚度增加， 裁力始终大于后刃口.关于扭矩方面，前刃口冲裁时， 凹模所受扭矩也在增加，然而，凸模所受扭矩方向从正 凸模所受扭矩要大于凹模：而后刃口冲裁时，凹模所受 扭矩变为负扭矩，这是因为随着板料厚度增加，未约束 扭矩要大于凸模，原因在于模具受力方向与旋转方向 端板料对凸模提升作用在增强，削弱了冲裁区挤压力 是否一致，当冲裁变形区内板料阻碍模具旋转时，此时 的作用. 所受扭矩就比较大.具体来说，对于前刃口来说，凸模 600(间 10r (b) 500 。一前刃口 ·一凸模-前刃口 凸模 一。一后刃口 4·凹模-前刃口 0 一凹模-后刃口 5 10 200 -15 100 0.6 0.8 1.01.2 1.4 0.6 0.8 1.01.2 1.4 板料厚度mm 板料厚度/mm 图12最大冲裁力(a)、最大扭矩(b)与板厚间的关系 Fig.12 Effect of sheet thickness on maximum blanking force (a)and maximum torque (b) 4结论 算法并通过VUMAT子程序将Lemaitre损伤模型嵌入 到Abaqus/Explicit有限元中去，通过对比无模冲孔试 (1)通过反复加载-卸载试验并利用弹性模量变 验来验证所编写子程序的可靠性. 化法，确定了材料数据与损伤参数：采用向前欧拉积分 (2)随冲裁间隙的增加，前后刃口断面上塌角程刘 倩等: 基于 Lemaitre 模型的辊式冲裁工艺断面质量分析 说,随着模具圆角的增加,塌角宽度与高度随之增加, 光亮带与压痕高度变化不大,而断裂带高度减小. 与 前刃口一样,毛刺高度会随模具圆角增大而急剧增加, 然而与前刃口毛刺相比,后刃口毛刺相对更大一些. 3郾 3 板料厚度 随着板料厚度增加,冲裁断面上各个特征区绝对 值也在增大. 为了能够衡量不同板料厚度对产品质量 所带来的影响,特征区尺寸不能采用绝对值,而应采用 与板厚间的相对值来表示. 当冲裁间隙为 0郾 1 mm,模具圆角为 0郾 02 mm 时, 分别采用厚度为 0郾 5,0郾 8,1郾 0 和 1郾 5 mm 的板料来研 究断面质量变化情况,见图 11. 对于前刃口来说,随着 板料厚度的增加,塌角相对宽度与高度、压痕相对高度 都在减小,光亮带相对高度则是先增大而后稍有减小, 断裂带相对高度是持续增长. 后刃口断面变化趋势与 前刃口相类似,比较而言,后刃口的塌角程度与断裂带 要大,光亮带高度较小. 图 11 板厚对断面质量的影响. (a) 前刃口;(b) 后刃口 Fig. 11 Effect of sheet thickness on the sheared edge quality: (a) leading cutting edge; (b) trailing cutting edge 图 12 为最大冲裁力、扭矩与板厚间的关系. 随板 厚的增加,冲裁力始终在增加,然而,前刃口所需的冲 裁力始终大于后刃口. 关于扭矩方面,前刃口冲裁时, 凸模所受扭矩要大于凹模;而后刃口冲裁时,凹模所受 扭矩要大于凸模,原因在于模具受力方向与旋转方向 是否一致,当冲裁变形区内板料阻碍模具旋转时,此时 所受扭矩就比较大. 具体来说,对于前刃口来说,凸模 与凹模所受扭矩随板料厚度增加而增加,其中凸模所 受扭矩增幅较大;对于后刃口来说,随板料厚度增加, 凹模所受扭矩也在增加,然而,凸模所受扭矩方向从正 扭矩变为负扭矩,这是因为随着板料厚度增加,未约束 端板料对凸模提升作用在增强,削弱了冲裁区挤压力 的作用. 图 12 最大冲裁力(a)、最大扭矩(b)与板厚间的关系 Fig. 12 Effect of sheet thickness on maximum blanking force (a) and maximum torque (b) 4 结论 (1)通过反复加载鄄鄄 卸载试验并利用弹性模量变 化法,确定了材料数据与损伤参数;采用向前欧拉积分 算法并通过 VUMAT 子程序将 Lemaitre 损伤模型嵌入 到 Abaqus/ Explicit 有限元中去,通过对比无模冲孔试 验来验证所编写子程序的可靠性. (2)随冲裁间隙的增加,前后刃口断面上塌角程 ·1205·