针对主题：精冲技术基础及模具失效分析浅析

针对主题：精冲技术基础及模具失效分析浅析

张祥林

华中科技大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，主要从事金属塑性成形理论、工艺与模具的研究与教学，2005年以来持续开展精冲工艺与模具技术研究。

线切割变质层消除的具体方法有哪些？如何保证消除的过程中工件不变形？

专家答疑：

线切割变质层可用抛光的方法去除，不宜处理的细微部分可用研磨抛光等，这些都不会导致工件变形。

精冲模具失效分析主要用什么软件？

专家答疑：

要看何种失效，对于强度超载导致的开裂、折断等失效可用Ansys等弹性有限元仿真，若要精确仿真刃口的受力，还要结合塑性有限元软件得出边界施力加载。对于疲劳寿命的预测虽然有很多人做过，但我觉得结果存疑，因为现有的仿真软件都没有很好地考虑模具表面的加工质量，而被仿真件本身的加工状况也很难精确获得。

在精冲模具加工中有哪些特殊的措施可以增加核心件的残余压应力，减少核心件的残余拉应力，增加模具寿命？涂层残余应力随涂层厚度增加而递增，厚度是不是越厚越好，实际生产中厚度取多少是最经济最合适的？

专家答疑：

增加凸模、凹模、凸凹模等核心件表面的残余压应力有利于提高模具的疲劳寿命，表面抛光和研磨都是增加压应力的手段。改善线切割的工作参数有利于减少线切割的拉应力，多道次慢走丝精修也是去掉白亮层从而减小拉应力的重要步骤。现代精冲愈来愈多采用涂层技术（如通过PVD方法产生TiN涂层等），涂层主要是减少表面磨损，但涂层中确实产生了很大的压应力，也有利于阻止表面微裂纹的产生。涂层的厚度应根据使用经验来定，如果大多数崩刃发生时涂层都还完好就可以减小厚度，反之如果涂层都已经磨得很严重了也没有发生崩刃等现象，可以再适当增加厚度。某些企业的涂层厚度在2μm左右。

采用DEFORM-3D做精冲分析模拟时，网格划分的尺寸大小多少符合要求？四面体网格能满足要求吗？断裂原则的取值是多少？齿圈压入条料后还需要再施加给条料压边力吗？

专家答疑：

根据我们的经验，对于网格尺寸，要在板料剪切部位局部细分，最小网格应在0.05～0.1mm之间，若有细小结构，则该处网格尺寸应小于细小结构最短尺寸的1/3。四面体网格是重划分（remesh）最快速的网格，虽然在精度上比不上六面体网格，权衡精度和速度的话，四面体网格是最好的选择。断裂原则的取值需要用拉伸试验曲线积分得到，没有一概而论的取值方法。齿圈压入条料后还需要继续给条料施加压边力。

挤压精冲成形的力怎么计算？精冲模拟软件有哪几种？

专家答疑：

⑴挤压精冲成形的力一般不能用常规精冲力公式计算，可以通过相关手册用挤压公式粗算。例如，正挤压实心件的单位挤压力P(MPa)

根据此公式计算出来工位圆形半冲孔所需的冲裁力为：88640N，而用冲裁力公式计算出来所需的冲裁力为42700N，挤压力公式计算出来的冲裁力基本为精冲冲裁力计算出来的两倍。

⑵塑性成形的模拟软件应该用DEFORM，ABAQUS等软件，不能用Danaform、Autoform等薄板件拉深的软件。

模具冲头经线切割加工后存在残余加工应力，经高温回火后的变形量是否影响模具冲裁间隙精度？切割后表面涂层处理是否具有时效性？

专家答疑：

对于某些线切割以后变形的材料或者形状，可以粗加工进行热处理释放应力后，再慢走丝切割和精修，就比较容易保证间隙的均匀性和精度。切割后进行表面涂层时温度一般达500℃以上，有一定的应力释放效果。

对于模具压力中心不能做到与机床中心重合这一点，上模的传力杆排布是按承受力达到即可，还是尽可能多排布一些均匀分布在模板之上？

专家答疑：

这个问题我们也正在深入研究。均匀排布不一定是科学的，因为每个传力杆的受力是不等的，其长度变形必然不等，压齿板就会倾斜。我目前觉得还是冲裁力大的地方传力杆就要密布一些，甚至传力杆的直径也可以取得不一样，核心是压齿板的总体倾斜最小。

在精冲机上加中心支柱能否解决模具（级进模）的受力不平衡的问题？

专家答疑：

正规精冲机的插入环上都有几个中心支柱，可以提高插入环的导向精度，减小插入环的倾斜；但这不能完全解决受力不平衡问题，因为各个传力杆受力是不一样的。

精冲转角塌角改善有什么好方法？间隙的合理值是多少？

专家答疑：

转角（尤其是尖角）处不易形成高的静水压，间隙往小的方面取肯定有好处，尤其是材料较软的情况下。但对于较高的塌角要求，应该从其他方面着眼，如采用增大余量进行整修，或者级进方式分二次切成尖角；也有资料介绍通过先半冲废料（尖角周围废料，且废料距离零件轮廓还有一小段距离）再压回废料，阻隔尖角附近材料的塑性流动来减小塌角。

线切割白层在做PVD涂层时，前工序有喷砂工艺，能否取消？

专家答疑：

去白层这一步不可取消，例如用细喷砂工艺，或者增加一道研磨工序。虽然有文献报道线切割后直接进行PVD处理能有效改善疲劳性能，但是效果与没有白层的工件研磨后再做涂层的相比还是差一些。