刘倩等：基于剪切修正GTN损伤模型的辊冲工艺数值模拟 ·405· 图5拉伸试样断口组织.(a)局部颈缩带：(b)断口扫描电镜照片：()断口形貌 Fig.5 Fractographs of the tensile samples:(a)local necking band:(b)SEM image of fracture surface:(c)fracture surface 率，方便研究断面质量及应力应变分布情况 辊冲工艺有限元模型主要由凸模辊、凹模辊、板料 和一对压料辊所组成，如图6.此外，为了确保板料运 凸模辊 动符合实际情况，添加支撑板与限位环作为边界条件， 支撑板的作用是保证板带的平直，限位环是起压料作 用，防止板料在冲裁过程中挠曲过大.辊冲装置详细 限位环 参数见表3.模具刚度很大，认为凸模辊与凹模辊均为 板料 刚体，板料为弹塑性体。同样，压料辊、支撑板和限位 环也视为刚体.凸模辊和凹模辊分别绕其中心相向旋 料银 转，旋转角速度为5rads,板带前进速度为500mm· 支撑板 s,材料为SPCC,厚度为0.8mm.板带与模具间的摩 擦系数为0.15.板料单元类型为CPE4R与CPE3,图7 给出了其网格划分，采用单元删除法来实现材料断裂 分离叨.为了能够准确表征冲孔断面质量，需对刃口 凹模辊 附近材料进行网格细化.同时，使用ALE自适应网格 来保证变形区网格质量，避免因网格畸变而降低求解 图6辊冲工艺有限元模型 精度甚至模拟终止的情况发生. Fig.6 Finite element model of the rotary blanking process 表3辊冲装置参数 Table 3 Parameters of the rotary blanking setupmm 非如化树格区 冲几长度 凸模辊 凹模辊凸模模具圆角轴距，压料辊 半径，R。 半径，R高度，H高度 a 半径，R, 细化网格区 98 100 2 0.02199.520 4 结果与讨论 图7板料网格划分 Fig.7 Mesh of the sheet metal used in finite element simulation 4.1断面质量特征 如图8所示，与普通冲裁一样，辊冲断面质量也包 口断面上光亮带并不是竖直的，而是具有一定的倾斜 括塌角、光亮带、断裂带和毛刺四部分，此外还有压痕 角度.这是因为模具始终在做旋转运动，倾角大小与 存在.这是由于轧辊为圆形，并且变形仅集中在刃口 轧辊直径、板料力学性能和厚度、裂纹萌发时模具位置 附近区域.对于模具前后刃口来说，断面质量存在着 等有关.后刃口断面上塌角相对较大，光亮带接近竖 巨大的不同，这是由于冲裁间隙变化不同所致.前刃 直方向.刘 倩等: 基于剪切修正 GTN 损伤模型的辊冲工艺数值模拟 图 5 拉伸试样断口组织． ( a) 局部颈缩带; ( b) 断口扫描电镜照片; ( c) 断口形貌 Fig． 5 Fractographs of the tensile samples: ( a) local necking band; ( b) SEM image of fracture surface; ( c) fracture surface 率，方便研究断面质量及应力应变分布情况． 辊冲工艺有限元模型主要由凸模辊、凹模辊、板料 和一对压料辊所组成，如图 6． 此外，为了确保板料运 动符合实际情况，添加支撑板与限位环作为边界条件， 支撑板的作用是保证板带的平直，限位环是起压料作 用，防止板料在冲裁过程中挠曲过大． 辊冲装置详细 参数见表 3． 模具刚度很大，认为凸模辊与凹模辊均为 刚体，板料为弹塑性体． 同样，压料辊、支撑板和限位 环也视为刚体． 凸模辊和凹模辊分别绕其中心相向旋 转，旋转角速度为 5 rad·s － 1 ，板带前进速度为 500 mm· s － 1 ，材料为 SPCC，厚度为 0. 8 mm． 板带与模具间的摩 擦系数为 0. 15． 板料单元类型为 CPE4Ｒ 与 CPE3，图 7 给出了其网格划分，采用单元删除法来实现材料断裂 分离［17］． 为了能够准确表征冲孔断面质量，需对刃口 附近材料进行网格细化． 同时，使用 ALE 自适应网格 来保证变形区网格质量，避免因网格畸变而降低求解 精度甚至模拟终止的情况发生． 表 3 辊冲装置参数 Table 3 Parameters of the rotary blanking setupmm 凸模辊 半径，Ｒp 凹模辊 半径，Ｒd 凸模 高度，H 模具圆角 高度 轴距， a 压料辊 半径，Ｒy 98 100 2 0. 02 199. 5 20 4 结果与讨论 4. 1 断面质量特征 如图 8 所示，与普通冲裁一样，辊冲断面质量也包 括塌角、光亮带、断裂带和毛刺四部分，此外还有压痕 存在． 这是由于轧辊为圆形，并且变形仅集中在刃口 附近区域． 对于模具前后刃口来说，断面质量存在着 巨大的不同，这是由于冲裁间隙变化不同所致． 前刃 图 6 辊冲工艺有限元模型 Fig． 6 Finite element model of the rotary blanking process 图 7 板料网格划分 Fig． 7 Mesh of the sheet metal used in finite element simulation 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做旋转运动，倾角大小与 轧辊直径、板料力学性能和厚度、裂纹萌发时模具位置 等有关． 后刃口断面上塌角相对较大，光亮带接近竖 直方向． ·405·