1、基于Deform3D的钢管冲裁长圆孔成形过程仿真研究摘 要：为研究在钢管上冲裁长圆孔的加工新工艺 ， 文章利用DEFORM-3D商业化有限元软件 ， 采用结构设计合理的模具 ， 用45号无缝钢管模拟仿真该成形过程 。
分析成形过程中材料变形的应力、应变分布情况和冲裁速度对变形的影响 ， 找出变化规律 ， 得到合理化工艺参数 ， 为生产实践提供指导 。
关键词：冲裁工艺；长圆孔；模具设计；有限元仿真 引言 冲压工艺是塑性加工基本方法之一 ， 主要用于板料冲压 ， 可分为分离工序和成形工序 。
落料、冲孔、裁剪等属于分离工序；弯曲、拉深、胀形等属于成形工序1 。
落料和冲孔统称为冲裁2 。
冲压工艺生产效率高 ， 产品质量稳定 ， 材料利用率高 ， 广泛应用 。

2、于机械制造、信息产业等工业 ， 可冲压如汽车覆盖件、仪器仪表元件等 。
在管材外圆面上进行冲压比较困难 ， 存在很多局限性和不完善的地方 。
本研究着力设计新结构的冷冲模 ， 并运用Deform-3D3软件模拟仿真在45号无缝钢管上冲裁长圆孔的工艺过程 ， 分析材料变形的应力、应变分布情况和冲裁速度对变形的影响 ， 找出变化规律 ， 得到合理化工艺参数 ， 指导生产实践 。
1 冲裁长圆孔工艺分析及模具设计 1.1 工艺分析 图1所示的45号无缝钢管零件图 ， 内径36mm ， 壁厚3mm ， 左右两侧各开20mm35mm的长圆孔 ， 孔的轴线与管子的轴线在同一平面上 。
一般采用镗削、铣削或者线切割的机加工方法制成该长圆孔 ， 但铣削易使管子变形 ， 线切 。

3、割工作效率低 ，成本高 。
经工艺分析 ， 认为采用冲裁的方法经济可行 ， 但仍然存在以下困难：一方面冲裁过程中冲头与管材外圆面接触面积较小；另一方面管材圆弧半径使得同时刻冲头压入管材的深度不均 ， 完全切断管材所需冲头行程有所增大 。
因此需采用合理的工艺方案和结构设计优良的冷冲模4去解决这些困难 。
1.2 方案设计 毛坯管件采用环形压紧 ， 须在36mm内孔中设计凹模 ， 凹模与支撑块配合 ， 保证凹模的型腔与冲头的位置正确 。
装配定位正确后 ， 先以外圆面为基准 ， 冲第一个孔；然后将工件转180 ， 以第一个孔为基准再冲第二个孔 。
1.3 模具设计4 ， 5 （1）间隙选择 冲裁间隙是指凸、凹模刃口间缝隙的距离 ， 它是冲压工艺和模具设计 。

4、中的重要参数 ， 直接影响冲裁件的质量、冲裁力、模具寿命 。
根据材质类型 ， 材料厚度 ， 查表选择冲裁模初始较大双面间隙Zmax、Zmin值 。
（2）凸、凹模刃口尺寸的确定 冲裁件的尺寸及公差主要靠凸、凹模刃口尺寸精度及其公差来实现和保证 。
采用互换加工法制造凸、凹模简单方便 ， 精度易保证 ， 所以本研究采用该方法设计凸、凹模 ， 冲孔时刃口尺寸及公差计算公式如下： （3）凸模长度确定 凸模长度一般根据模具结构需要而定 ， 可用下列公式计算： L=l1+l2+l3+l 式中：L-凸模总长度 ， 单位mm；l1-凸模固定板厚度 ， 单位mm；l2-卸料板厚度 ， 单位mm；l3-导尺厚度 ， 单位mm；l-附加长度 ， 单位mm ， 一般取l=1 。

【基于|基于Deform―3D的钢管冲裁长圆孔成形过程仿真研究】5、520mm 。
基于上述设计原理 ， 凸、凹模的主要尺寸参数见表1 。
实现钢管上冲裁长圆孔工序的模具如图2所示 。
2 冲裁长圆孔的有限元模拟关键技术 2.1 软件选用及几何模型 目前市场上出现的广泛运用于冲压、锻造等金属成形的专业软件有DYNAFORM、DEFORM、AUTOFORM等 。
DYNAFORM用于模拟板料拉深、弯曲等成形工序 ， 而DEFORM-3D可模拟3D材料流动 ， 适用于模拟冲裁工序 。
所以 ， 本研究中选用该软件进行模拟分析 。
在DEFORM-3D软件中不能直接建立三维几何模型 ， 本研究先采用Pro/E建模 ， 以STL格式保存文件 ， 再导入DEFORM-3D中进行模拟设置 。
2.2 网格划分及模拟设 。

6、置 DEFORM-3D软件自带网格划分程序 ， 分绝对尺寸和相对尺寸两种 。
网格类型是四面体 ， 容易实现模拟过程中网格重划分 ， 且重划分时工件体积损失最小 ， 计算误差最小 。
DEFORM-3D软件中的求解器分稀疏矩阵求解器和共扼梯度求解器 ， 采用共扼梯度求解器 ， 工作效率高 。
图3为前处理模型示意图 ， 模拟设置为：管胚设为变形体 ，网格数为70000（相对网格） ， 采取网格自动重划分 ， 模具均设为刚体 。
管坯材料设置为AISI-1045 ， 70F9（20C） ， 凸模和凹模材料设置为AISI-D2 。

稿源：(未知)

【傻大方】网址：/a/2021/0821/0023864606.html

标题：基于|基于Deform―3D的钢管冲裁长圆孔成形过程仿真研究