刘倩等：基于Lemaitre模型的辊式冲裁工艺断面质量分析 ·1203· 2.2材料断裂失效 包括塌角、光亮带、断裂带、毛刺四部分，此外还存在压 有限元中处理裂纹萌发与扩展的方式主要有三 痕，这是由于轧辊为圆形而非平面，冲裁过程中变形仅 种：单元分裂法、单元分离法与单元删除法[].单元 集中在刃口附近区域，其余部分发生翘曲所致.对比 分裂法需要预先判断裂纹出现的位置，而单元分离法 模具前后刃口断面质量，两者存在着显著不同，这是因 计算复杂，在计算中只允许一个裂纹尖端出现.采用 为冲裁间隙变化范围不同.前刃口断面上光亮带并不 单元删除法来模拟孔洞形核、长大与聚合过程，广泛用 是竖直的，而是具有一定的倾斜角度，这是因为模具始 于剪切、冲裁与切削等工艺模拟中 终在作旋转运动，倾角大小与轧辊直径、板料力学性能 将损伤变量D作为判定单元失效的标准，故损伤 与厚度、裂纹萌发时模具位置等有关.后刃口断面上 参数w定义为： 塌角程度相对较大，光亮带接近竖直方向.图8所示 0≤w= D1. (35) 为模拟中前后刃口断面质量，表3与表4分别给出了 D 试验与模拟中前后断面质量各部分的定量测量值，可 当损伤参数ω=1时，单元失效并删除掉，微裂纹 见模拟断面质量与试验结果吻合良好，由此验证了模 产生.试验表明：当静水压力为压应力时，材料表现出 型的准确性. 更强的塑性，推迟了微裂纹萌发，故认为只有当应力三 轴度σ/石>0时，才会发生损伤增长. 3辊式冲裁工艺参数分析 2.3断面质量试验验证 3.1冲裁间隙 同普通冲裁一样，如图7，辊冲断面质量由上而下 冲裁间隙被认为是冲裁中最重要的工艺参数，它 W (b) 甲：塌角宽度 Ha:塌角高度 H:光亮带高度 H:断裂带高度 H:压狼高度 y:断裂带角度 :光亮带倾角 图7试验中断面质量.(a)后刃口：(b)前刃口 Fig.7 Sheared edge quality in experiment:(a)trailing cutting edge;(b)leading cutting edge (al (b) 图8模拟中断面质量.(a)后刃口：(b)前刃口 Fig.8 Sheared edge quality in simulation:(a)trailing cutting edge;(b)leading cutting edge 表3试验与模拟结果中后刃口断面质量比较 Table 3 Comparison of trailing sheared edge quality in experimental and simulation results 数据类别 塌角高度，HR/mm 塌角宽度，W:/mm 光亮带高度，Hs/mm 断裂带高度，Hp/mm 压痕高度，H/mm 试验值 0.184 0.645 0.196 0.390 0.029 模拟值 0.198 0.708 0.182 0.400 0.020刘 倩等: 基于 Lemaitre 模型的辊式冲裁工艺断面质量分析 2郾 2 材料断裂失效 有限元中处理裂纹萌发与扩展的方式主要有三 种:单元分裂法、单元分离法与单元删除法[14] . 单元 分裂法需要预先判断裂纹出现的位置,而单元分离法 计算复杂,在计算中只允许一个裂纹尖端出现. 采用 单元删除法来模拟孔洞形核、长大与聚合过程,广泛用 于剪切、冲裁与切削等工艺模拟中. 将损伤变量 D 作为判定单元失效的标准,故损伤 参数 棕 定义为: 0臆棕 = D Dc 臆1. (35) 当损伤参数 棕 = 1 时,单元失效并删除掉,微裂纹 产生. 试验表明:当静水压力为压应力时,材料表现出 更强的塑性,推迟了微裂纹萌发,故认为只有当应力三 轴度 滓H / 滓 > 0 时,才会发生损伤增长. 2郾 3 断面质量试验验证 同普通冲裁一样,如图 7,辊冲断面质量由上而下 包括塌角、光亮带、断裂带、毛刺四部分,此外还存在压 痕,这是由于轧辊为圆形而非平面,冲裁过程中变形仅 集中在刃口附近区域,其余部分发生翘曲所致. 对比 模具前后刃口断面质量,两者存在着显著不同,这是因 为冲裁间隙变化范围不同. 前刃口断面上光亮带并不 是竖直的,而是具有一定的倾斜角度,这是因为模具始 终在作旋转运动,倾角大小与轧辊直径、板料力学性能 与厚度、裂纹萌发时模具位置等有关. 后刃口断面上 塌角程度相对较大,光亮带接近竖直方向. 图 8 所示 为模拟中前后刃口断面质量,表 3 与表 4 分别给出了 试验与模拟中前后断面质量各部分的定量测量值,可 见模拟断面质量与试验结果吻合良好,由此验证了模 型的准确性. 3 辊式冲裁工艺参数分析 3郾 1 冲裁间隙 冲裁间隙被认为是冲裁中最重要的工艺参数,它 图 7 试验中断面质量. (a) 后刃口; (b) 前刃口 Fig. 7 Sheared edge quality in experiment: (a) trailing cutting edge; (b) leading cutting edge 图 8 模拟中断面质量. (a) 后刃口; (b) 前刃口 Fig. 8 Sheared edge quality in simulation: (a) trailing cutting edge; (b) leading cutting edge 表 3 试验与模拟结果中后刃口断面质量比较 Table 3 Comparison of trailing sheared edge quality in experimental and simulation results 数据类别 塌角高度,HR / mm 塌角宽度,WR / mm 光亮带高度,HS / mm 断裂带高度,HF / mm 压痕高度,HI / mm 试验值 0郾 184 0郾 645 0郾 196 0郾 390 0郾 029 模拟值 0郾 198 0郾 708 0郾 182 0郾 400 0郾 020 ·1203·