針對主題：精沖技術基礎及模具失效分析淺析

針對主題：精沖技術基礎及模具失效分析淺析

張祥林

華中科技大學材料科學與工程學院教授，博士生導師，主要從事金屬塑性成形理論、工藝與模具的研究與教學，2005年以來持續開展精沖工藝與模具技術研究。

線切割變質層消除的具體方法有哪些？如何保證消除的過程中工件不變形？

專家答疑：

線切割變質層可用拋光的方法去除，不宜處理的細微部分可用研磨拋光等，這些都不會導致工件變形。

精沖模具失效分析主要用什么軟件？

專家答疑：

要看何種失效，對于強度超載導致的開裂、折斷等失效可用Ansys等彈性有限元仿真，若要精確仿真刃口的受力，還要結合塑性有限元軟件得出邊界施力加載。對于疲勞壽命的預測雖然有很多人做過，但我覺得結果存疑，因為現有的仿真軟件都沒有很好地考慮模具表面的加工質量，而被仿真件本身的加工狀況也很難精確獲得。

在精沖模具加工中有哪些特殊的措施可以增加核心件的殘余壓應力，減少核心件的殘余拉應力，增加模具壽命？涂層殘余應力隨涂層厚度增加而遞增，厚度是不是越厚越好，實際生產中厚度取多少是最經濟最合適的？

專家答疑：

增加凸模、凹模、凸凹模等核心件表面的殘余壓應力有利于提高模具的疲勞壽命，表面拋光和研磨都是增加壓應力的手段。改善線切割的工作參數有利于減少線切割的拉應力，多道次慢走絲精修也是去掉白亮層從而減小拉應力的重要步驟。現代精沖愈來愈多采用涂層技術（如通過PVD方法產生TiN涂層等），涂層主要是減少表面磨損，但涂層中確實產生了很大的壓應力，也有利于阻止表面微裂紋的產生。涂層的厚度應根據使用經驗來定，如果大多數崩刃發生時涂層都還完好就可以減小厚度，反之如果涂層都已經磨得很嚴重了也沒有發生崩刃等現象，可以再適當增加厚度。某些企業的涂層厚度在2μm左右。

采用DEFORM-3D做精沖分析模擬時，網格劃分的尺寸大小多少符合要求？四面體網格能滿足要求嗎？斷裂原則的取值是多少？齒圈壓入條料后還需要再施加給條料壓邊力嗎？

專家答疑：

根據我們的經驗，對于網格尺寸，要在板料剪切部位局部細分，最小網格應在0.05～0.1mm之間，若有細小結構，則該處網格尺寸應小于細小結構最短尺寸的1/3。四面體網格是重劃分（remesh）最快速的網格，雖然在精度上比不上六面體網格，權衡精度和速度的話，四面體網格是最好的選擇。斷裂原則的取值需要用拉伸試驗曲線積分得到，沒有一概而論的取值方法。齒圈壓入條料后還需要繼續給條料施加壓邊力。

擠壓精沖成形的力怎么計算？精沖模擬軟件有哪幾種？

專家答疑：

⑴擠壓精沖成形的力一般不能用常規精沖力公式計算，可以通過相關手冊用擠壓公式粗算。例如，正擠壓實心件的單位擠壓力P(MPa)

根據此公式計算出來工位圓形半沖孔所需的沖裁力為：88640N，而用沖裁力公式計算出來所需的沖裁力為42700N，擠壓力公式計算出來的沖裁力基本為精沖沖裁力計算出來的兩倍。

⑵塑性成形的模擬軟件應該用DEFORM，ABAQUS等軟件，不能用Danaform、Autoform等薄板件拉深的軟件。

模具沖頭經線切割加工后存在殘余加工應力，經高溫回火后的變形量是否影響模具沖裁間隙精度？切割后表面涂層處理是否具有時效性？

專家答疑：

對于某些線切割以后變形的材料或者形狀，可以粗加工進行熱處理釋放應力后，再慢走絲切割和精修，就比較容易保證間隙的均勻性和精度。切割后進行表面涂層時溫度一般達500℃以上，有一定的應力釋放效果。

對于模具壓力中心不能做到與機床中心重合這一點，上模的傳力桿排布是按承受力達到即可，還是盡可能多排布一些均勻分布在模板之上？

專家答疑：

這個問題我們也正在深入研究。均勻排布不一定是科學的，因為每個傳力桿的受力是不等的，其長度變形必然不等，壓齒板就會傾斜。我目前覺得還是沖裁力大的地方傳力桿就要密布一些，甚至傳力桿的直徑也可以取得不一樣，核心是壓齒板的總體傾斜最小。

在精沖機上加中心支柱能否解決模具（級進模）的受力不平衡的問題？

專家答疑：

正規精沖機的插入環上都有幾個中心支柱，可以提高插入環的導向精度，減小插入環的傾斜；但這不能完全解決受力不平衡問題，因為各個傳力桿受力是不一樣的。

精沖轉角塌角改善有什么好方法？間隙的合理值是多少？

專家答疑：

轉角（尤其是尖角）處不易形成高的靜水壓，間隙往小的方面取肯定有好處，尤其是材料較軟的情況下。但對于較高的塌角要求，應該從其他方面著眼，如采用增大余量進行整修，或者級進方式分二次切成尖角；也有資料介紹通過先半沖廢料（尖角周圍廢料，且廢料距離零件輪廓還有一小段距離）再壓回廢料，阻隔尖角附近材料的塑性流動來減小塌角。

線切割白層在做PVD涂層時，前工序有噴砂工藝，能否取消？

專家答疑：

去白層這一步不可取消，例如用細噴砂工藝，或者增加一道研磨工序。雖然有文獻報道線切割后直接進行PVD處理能有效改善疲勞性能，但是效果與沒有白層的工件研磨后再做涂層的相比還是差一些。