針對(duì)主題：精沖技術(shù)基礎(chǔ)及模具失效分析淺析

張祥林

華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事金屬塑性成形理論、工藝與模具的研究與教學(xué)，2005年以來(lái)持續(xù)開(kāi)展精沖工藝與模具技術(shù)研究。

線切割變質(zhì)層消除的具體方法有哪些？如何保證消除的過(guò)程中工件不變形？

專家答疑：

線切割變質(zhì)層可用拋光的方法去除，不宜處理的細(xì)微部分可用研磨拋光等，這些都不會(huì)導(dǎo)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(duì)于強(qiáng)度超載導(dǎo)致的開(kāi)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(jié)合塑性有限元軟件得出邊界施力加載。對(duì)于疲勞壽命的預(yù)測(cè)雖然有很多人做過(guò)，但我覺(jué)得結(jié)果存疑，因?yàn)楝F(xiàn)有的仿真軟件都沒(méi)有很好地考慮模具表面的加工質(zhì)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(yīng)力，減少核心件的殘余拉應(yīng)力，增加模具壽命？涂層殘余應(yīng)力隨涂層厚度增加而遞增，厚度是不是越厚越好，實(shí)際生產(chǎn)中厚度取多少是最經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(yīng)力的手段。改善線切割的工作參數(shù)有利于減少線切割的拉應(yīng)力，多道次慢走絲精修也是去掉白亮層從而減小拉應(yīng)力的重要步驟?，F(xiàn)代精沖愈來(lái)愈多采用涂層技術(shù)（如通過(guò)PVD方法產(chǎn)生TiN涂層等），涂層主要是減少表面磨損，但涂層中確實(shí)產(chǎn)生了很大的壓應(yīng)力，也有利于阻止表面微裂紋的產(chǎn)生。涂層的厚度應(yīng)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)定，如果大多數(shù)崩刃發(fā)生時(shí)涂層都還完好就可以減小厚度，反之如果涂層都已經(jīng)磨得很嚴(yán)重了也沒(méi)有發(fā)生崩刃等現(xiàn)象，可以再適當(dāng)增加厚度。某些企業(yè)的涂層厚度在2μm左右。

采用DEFORM-3D做精沖分析模擬時(shí)，網(wǎng)格劃分的尺寸大小多少符合要求？四面體網(wǎng)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(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于網(wǎng)格尺寸，要在板料剪切部位局部細(xì)分，最小網(wǎng)格應(yīng)在0.05～0.1mm之間，若有細(xì)小結(jié)構(gòu)，則該處網(wǎng)格尺寸應(yīng)小于細(xì)小結(jié)構(gòu)最短尺寸的1/3。四面體網(wǎng)格是重劃分（remesh）最快速的網(wǎng)格，雖然在精度上比不上六面體網(wǎng)格，權(quán)衡精度和速度的話，四面體網(wǎng)格是最好的選擇。斷裂原則的取值需要用拉伸試驗(yàn)曲線積分得到，沒(méi)有一概而論的取值方法。齒圈壓入條料后還需要繼續(xù)給條料施加壓邊力。

擠壓精沖成形的力怎么計(jì)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(guī)精沖力公式計(jì)算，可以通過(guò)相關(guān)手冊(cè)用擠壓公式粗算。例如，正擠壓實(shí)心件的單位擠壓力P(MPa)

根據(jù)此公式計(jì)算出來(lái)工位圓形半沖孔所需的沖裁力為：88640N，而用沖裁力公式計(jì)算出來(lái)所需的沖裁力為42700N，擠壓力公式計(jì)算出來(lái)的沖裁力基本為精沖沖裁力計(jì)算出來(lái)的兩倍。

⑵塑性成形的模擬軟件應(yīng)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(jīng)線切割加工后存在殘余加工應(yīng)力，經(jīng)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(shí)效性？

專家答疑：

對(duì)于某些線切割以后變形的材料或者形狀，可以粗加工進(jìn)行熱處理釋放應(yīng)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(jìn)行表面涂層時(shí)溫度一般達(dá)500℃以上，有一定的應(yīng)力釋放效果。

對(duì)于模具壓力中心不能做到與機(jī)床中心重合這一點(diǎn)，上模的傳力桿排布是按承受力達(dá)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(gè)問(wèn)題我們也正在深入研究。均勻排布不一定是科學(xué)的，因?yàn)槊總€(gè)傳力桿的受力是不等的，其長(zhǎng)度變形必然不等，壓齒板就會(huì)傾斜。我目前覺(jué)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(jī)上加中心支柱能否解決模具（級(jí)進(jìn)模）的受力不平衡的問(wèn)題？

專家答疑：

正規(guī)精沖機(jī)的插入環(huán)上都有幾個(gè)中心支柱，可以提高插入環(huán)的導(dǎo)向精度，減小插入環(huán)的傾斜；但這不能完全解決受力不平衡問(wèn)題，因?yàn)楦鱾€(gè)傳力桿受力是不一樣的。

精沖轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(duì)于較高的塌角要求，應(yīng)該從其他方面著眼，如采用增大余量進(jìn)行整修，或者級(jí)進(jìn)方式分二次切成尖角；也有資料介紹通過(guò)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(dòng)來(lái)減小塌角。

線切割白層在做PVD涂層時(shí)，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(xì)噴砂工藝，或者增加一道研磨工序。雖然有文獻(xiàn)報(bào)道線切割后直接進(jìn)行PVD處理能有效改善疲勞性能，但是效果與沒(méi)有白層的工件研磨后再做涂層的相比還是差一些。