基于ABAQUS修边刀块动载荷强度校核的研究

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随着工业技术的不断发展.模具需求商对模具质量的要求不断提升。对生产成本的控制越来越严格。汽车覆盖件模具原来六序、七序的压缩为四序.这就要求模具小而精，既要考虑到模具的质量。又要考虑到模具的成本。

修边刀块是模具修边工序中必不可少的零件.考虑到模具的体积与成本成正比，模具公司均旧能的减小模具体积.但体积小产生干涉的机率高.同时冲压压力大，强度难以保证，为了缩小体积、减少干涉、保证模具强度.刀块部位需要进行强度校核文献[112用 ABAQUS对三维桁架有限元分析.主要阐明了桁架结构有限元分析的过程 。文献[2]ig用 ABAQUS建立铝合金汽车覆盖件快速超塑成形的有限元模型 通过对引擎罩外板进行快速超塑成形仿真分析.确定了成形工艺条件，为实际生产提供工艺指导.以减少模具设计和实际生产工艺 的盲 目性 上 述文献 只是 利用ABAQUS进行有限元分析.没有用理论方法分析其可行性 鉴于此对修边刀块先进行有限元分析.进-步利用传统强度校核方法验证 ABAQUS收稿 日期：2012-09-28基金项目：安徽省2012科技攻关计划(项目编号：12010402105)；2011芜湖市科技计划项目资助。

作者简介：胡建(1987-)，男，安徽亳州人。安徽工程大学机械与汽车工程学院硕士研究生，研究方向：数字化设计与制造技术。

72 刀块的固定考虑其安装稳定性.-般螺钉不安装在同-直线上，都有很小的偏移量，在模型简化时，将其视为在-条直线上，简化后模型见图 6所示。

，八 南弼图6修边刀块力学模型F-修边力：a-刃口到筋的水平距离Ib-筋面距离孔中心距4 验证试验基于上述 ABAQUS修边刀块有限元分析过程.取相同模型参数.用传统强度校核方法计算修边刀块动载荷强度[5-61.验证 ABAQUS修边刀块仿真的正确性4.1 静载荷弯曲强度修边力F采用下列公式计算[71：Ft×f× (1)式中： -板料厚度；Z-刃口长度：- 材料的剪切强度空冷钢的剪切强度350Mpa.可计算出修边力F 由图6修边刀块的力学模型知最大弯矩发生在固定铰支座的截面上- Fa (2)式中： 修边力：n-刃口到筋的水平距离(即空刀量 B)。

最大弯曲正应力-般发生于弯矩最大的截面上，且离中性轴最远处。

- (3)式中：w-抗弯截面系数。它与截面的几何形状有关，若截面是高为h，宽为b的矩形.b：l：300mm，则 ： 。

弯曲强度条件：叮-≤[叮 (4)4.2 动载荷强度校核压机频率取 20 7，]min.-次压合过程为3秒，-次提升(或下压过程)为 1.5秒.由压机运动曲线图知可以保守的假设.压机-次提升(或下压过程)为匀加速和匀减速两个运动的复合.加速和减速时间相等.由运动学公式：S÷ 1 0 t2- 1 2 (5)式中：t1t20.75s；V0 f1：Js-闭合高度取S1200mm，代人式(5)可得 2.133m/s动载荷强度条件：OrdKd O"s ≤[ (6)式中： -动荷因数( 1詈l 1.2)；O'st-静应力：- 静载作用下的许用应力。

代人式(1)、式(2)、式(3)和式(6)求解结果见表 2所示表 2 安全空刀量74 由表2的相关数据得出如下结论：只要保证修边空刀量B值小于安全空刀量，都在安全工作范围内4.3 动载荷切应力强度校核修边刀块受到剪力的作用时。在截面上产生切应力 假设横截面上各点处的切应力均平行于剪力。并且沿截面宽度均匀分布∩得矩形梁(高为 h.宽为 b)弯曲切应力的计算公式嘲：丁 奇(等 (7)式中： -横截面上的剪力(F仅考虑静力学修边刀块受力情况.未考虑动力学特征，故需加上1.22的系数。)；，2-横截面对z轴(中性轴)的惯性矩，且： (8) - 1 u/1 二 从式(7)可知，沿截面高度切应力 r按抛物线规律变化。当且仅当Y±要时，r0。表明在二 截面上、下各点处的切应力为零。随中性轴的距离Y的减小， 逐渐正大，当Y0时， 为最大值，即最大切应力发生于中性轴上，且-F，h～ - 8，'把 代人式(9)可得：- 旦 -2 6切应力强度条件：≤ I-]修边刀块截面图见图7：(9)(10)(11)图7 修边刀块截面图bl300mm，hA。

针对不同料厚t、不同刀块高度 h，最大切应力计算结果见表 3所示。

表3 最大切应力由表3的相关数据知：最大 为32Mpa，空冷钢的切应力在300Mpa以上，则 ≤[7-，满足切应力强度条件表 3第-组理论分析数据是对图2进行的应力分布仿真的进-步验证，由图2知：最大应力为 16.27Mpa，与表 3基本吻合.刀块的应力分布与理论计算相符合，由图3知：最大变形量为3.812um。变形量较小，在安全工作范围内。

ABAQUS对上述其它参数分别仿真.结果与表 3相吻合.通过以上分析ABAQUS对刀块的强度分析与理论计算基本符合.传统的强度校核验证了ABAQUS对修边刀块的强度校核的正确性5 结论基于 ABAQUS对修边 7堕的有限元分析.采用传统的强度校核验证了其对修边刀块强度校核是可行的，修边刀块强度满足设计要求.制定了企业内部修边刀块安全空刀量标准.对类似刀块的强度校核具有-定的指导意义基于ABAQUS对修边刀块动载荷强度校核的研究得出如下结论：75 (1)利用ABAQUS仿真速度快.时间短.具有快速性的特点.可以节约时间，提高效率.降低成本。以料厚t为 1.0mm，长度 b为300mm.高度h为40mm的修边刀块为例.利用ABAQUS最大应力为 16.27Mpa，而采用传统的强度校核理论分析对应的数值为 16Mpa，两者相差 1.69%，在允许误差范围内.利用 ABAQUS刀块的最大变形量为3.812um.变形量较小 .在安全工作范 围内。

ABAQUS对修边刀块动载荷强度校核具有可行性和可靠性.进-步确定和体现ABAQUS在此领域的优越性(2)只要保证空刀量 B值小于安全空刀量。

都在安全工作范围内 为合理确定刀块尺寸提供必要的依据.降低刀块的不合格率(3)最大切应力为 32Mpa，空冷钢的切应力在 300Mpa以上.满足强度条件 利用ABAQUS可以快速、准确、可靠得出刀块的切应力值，便于合理选择刀块材料