不锈钢薄板圆盘剪分切过程有限元仿真研究

针对金属板材圆盘剪精密分切工艺,应用DEFORM-2D仿真软件建立金属板材的圆盘剪分切模型,采用Oyane韧性断裂准则分析304不锈钢板材在圆盘剪分切加工中的弹塑性变形、断裂过程,研究裂纹的产生与扩展、材料断裂分离机理及断面形貌特征。根据板材在分切过程中的静水应力变化,提出用塌角区出现最大拉应力时的切入时间t1、分切区出现拉应力时的切入时间t2及t1之间的时间差t来简便直观地判断分切断面的塌角高度和剪切带高度的变化趋势,t1和t越小,最后形成的塌角和剪切带高度越小。揭示圆盘剪轴向间隙对分切断面形貌的影响规律,随着轴向间隙的增大,塌角高度和撕裂角逐渐增大,剪切带高度逐渐减小,而毛刺高度则先略微减小再急剧增大。有限元仿真结果与实际圆盘剪分切试验结果具有良好的一致性。

圆盘剪分切断面形貌形成机理研究

为深入分析圆盘剪分切加工机理和提高分切质量,应用DEFoRM-2D仿真软件研究圆盘剪分切过程中镀锌板断面形貌特征及形成机理,仿真与试验结果具有较好的一致性。断面形貌特征的形成与分切过程中板材的应力应变状况密切相关,利用板面历史最大切应力变化可以预测塌角和挤压带宽度的变化趋势,根据塌角开始和终止成形时刀具行程差可以判断塌角高度变化趋势。随着离圆盘刀侧边距离的增大,塌角区板面的历史最大切应力先增大后减小,而挤压带板面切应力逐渐减小。随着圆盘刀的切入,板材的剪切力先急剧增大,然后缓慢增大到峰值后缓慢下降,出现裂纹后迅速减小。圆盘刀之间的侧向间隙直接影响板材的应力应变、裂纹的形成及其扩展,从而决定板材的剪切力和分切断面形貌,较大的侧向间隙有助于裂纹的扩展。

镀锌板圆盘剪分切侧向间隙对断面形貌的影响

通过镀锌板圆盘剪分切加工实验,研究镀锌钢板分切断面形貌特征及分切侧向间隙对剪切带、断裂带、塌角、撕裂角、毛刺等特征的影响规律。结果表明,侧向间隙是影响分切断面形貌的关键工艺参数,随着侧向间隙的增大,分切断面的剪切带高度迅速减小,塌角和撕裂角呈线性增大,而毛刺高度则先增大后减小再急剧增大。侧向间隙较小时,分切断面以塑性剪切带为主,表面质量和精度较高;侧向间隙较大时,以粗糙的断裂带为主,表面质量和精度较差;侧向间隙为板材厚度的1.25%～2.50%时,分切断面具有较为理想的表面质量。

圆盘剪分切过程硬质合金圆盘刀磨损及其对分切质量的影响

采用硬质合金圆盘刀进行电磁钢板的圆盘剪分切试验,利用轮廓仪和光学显微镜等检测分析了不同分切长度时圆盘刀的磨损情况及电磁钢板分切断面形貌,研究了圆盘刀的磨损规律及其对分切质量的影响。结果表明,圆盘剪分切中硬质合金圆盘刀的磨损,主要表现为刃口半径和侧边磨损带宽度的增大,而圆柱面的表面粗糙度变化不大。随着分切长度的增加,圆盘刀的磨损加剧,侧面磨损带宽度逐渐增大,刃口半径也随之增加。圆盘刀的磨损直接影响了分切断面质量,当电磁钢板分切长度达到8 000m左右时,刃口半径超过43μm,板材分切断面质量恶化。硬质合金圆盘刀使用的最佳分切长度在8 000m以内、刃口半径小于43μm。

圆盘剪分切工艺有限元仿真研究

基于金属板材圆盘剪分切工艺,应用DEFORM-2D仿真软件建立了金属板材的圆盘剪分切模型,采用Oyane韧性断裂准则仿真研究了304不锈钢板材圆盘剪分切加工过程,探讨了圆盘刀轴向间隙、刃角半径、压板力、板厚等工艺参数对分切断面形貌特征的影响规律。轴向间隙是影响分切断面形貌特征的主要因素,随着轴向间隙的增大,塌角高度增大,剪切带高度减小。刃角半径对断面的塌角高度、剪切带高度影响不大,对毛刺高度影响最大,随着刃角半径增大,毛刺高度增大。压板力对断面的塌角高度、剪切带高度影响很小,对毛刺影响较大,随着压板力增大,毛刺高度有下降趋势。板厚对分切断面塌角和毛刺影响不大,对剪切带高度影响很大,随着板厚的增大,剪切带高度增大。

镀锌板圆盘剪分切过程材料形变机理研究

为深入分析圆盘剪分切加工过程,应用DEFORM-2D仿真软件模拟了镀锌板圆盘剪分切加工过程,仿真的分切断面形貌与实验结果一致。在此基础上,综合运用实验研究和有限元数值模拟方法,深入研究了圆盘剪分切加工过程材料的塑性流动规律及剪切断裂机理。研究表明,分切过程中材料的塑性流动直观体现在金相组织的变化上,随着刀具的切入,刃角附近材料的等效应力、主应变的强度和范围逐渐增加,晶粒细化程度和范围也逐渐增加。进一步分析了分切断面中剪切带和断裂带组织微观形貌的变化规律,结果表明板材分切断面的形成过程是大量微观空穴萌生、成长、合并和裂纹传播的结果。

电工硅钢晶粒尺寸和取向对圆盘剪分切断面硬化的影响

针对不同晶粒尺寸和取向的电工硅钢进行圆盘剪分切加工试验,通过金相组织观察和显微硬度测试分析了分切断面组织形貌变化及加工硬化行为.金相观察发现,分切加工前后金相组织差异较大,晶粒尺寸越小变形越大,晶粒尺寸较大时容易产生穿晶断裂,并伴随有明显的孪晶组织.电工硅钢的晶粒尺寸和取向对加工硬化影响很大,在晶粒尺寸相近时,无取向硅钢的加工硬化程度明显大于取向硅钢,晶粒取向相同的材料,晶粒尺寸越大,硬度变化越明显.分切过程中的加工硬化程度与材料变形状态也直接相关,变形越激烈加工硬化越大.无取向硅钢内部晶粒取向由杂乱无章变得有序,大大提高了材料抵抗塑性变形的能力,硅钢晶粒较小时变形机制由位错滑移主导,晶粒较大时主要发生孪晶形变.

取向性硅钢板圆盘剪分切断面损伤形貌及倾斜划痕形成机理

对0.3 mm取向性硅钢进行了圆盘剪分切实验,研究了硅钢片分切断面形貌特征及其损伤形貌。硅钢片分切断面除了塌角、剪切带、断裂带和毛刺等典型特征外,还存在两类损伤形貌,一类是加工侧向间隙变化引起的缺陷,表现为台阶状断裂带、二次剪切带等;另外一类是有规律的倾斜划痕和点坑。研究了倾斜划痕的形貌特征及其形成机理,分析发现倾斜划痕的倾斜角度γ和刀具的咬入角α大小基本一致,且伴随分切过程贯穿整个断面,倾斜划痕的形成与刀具磨损形貌和硅钢金相结构密切相关。刀具磨损造成的刀具外缘粗糙度变差,突出的WC硬质点对硅钢的粗大晶粒产生犁削作用,沿着圆盘刀和硅钢接触界面引起晶粒连串错位滑移,最终形成倾斜划痕。

基于剪切力特征的圆盘剪分切机故障监测方法

设计了一种能够实时在线检测金属板材圆盘剪分切的三向力测量系统,提供对金属板材圆盘剪三向分切力特性分析的手段和平台,检测过程和剪切力数据稳定可靠。针对圆盘剪分切力信号特征不显著,以及故障状态难以在线远程识别的问题,提出了一种基于本征模态函数(IMF)能量矩和隐式Markov模型(HMM)相结合的圆盘剪分切机故障诊断方法。使用经验模态分解(EMD)方法将振动信号分解成若干本征模态函数(IMF),计算本征模态函数(IMF)能量矩作为状态特征信息,构造特征向量,建立隐式Markov模型对圆盘剪分切机进行故障监测识别。实验表明,该方法能有效识别圆盘刀周向跳动、机床空转、机床停机3种故障,可用于圆盘剪分切机故障监测。

硬质合金圆盘刀分切硅钢片的磨损形态及机理研究

分析了圆盘剪分切加工过程中圆盘刀的受力,利用硬质合金圆盘刀进行了硅钢片的分切加工试验,研究了硬质合金圆盘刀的磨损,对比分析了圆盘刀刃口磨损前后的表面形貌、微观结构和钴元素含量的变化,探讨了其磨损形式及机理。结果表明,硬质合金圆盘刀磨损主要在刃口两侧形成磨损带,随着磨损的发生,圆盘刀切削刃过渡圆弧半径增大、刃口变钝,刀具的磨损形式主要表现为WC硬质颗粒裸露脱落及材料的黏结撕裂,磨损机理主要为硬质合金黏结相钴元素的流失、疲劳磨损和黏结磨损。

金属板材无毛刺精密分切新工艺分切断面形貌特征

基于负间隙冲裁加工原理,针对圆盘剪纵向分切加工,通过分析控制分切过程的材料应力状态,将分切过程分解为塑性剪切和压迫分离两个阶段,提出金属板材无毛刺精密分切新方法,即塑性剪切压迫分离精密分切工艺。采用镀锌板对无毛刺精密分切新工艺加工过程进行实验研究,分析塑性剪切压迫分离精密分切材料变形过程及板材受力特点;通过显微形貌观察,研究无毛刺精密分切新工艺分切断面的双塌角、双剪切区、中部剪切断裂区的形貌特征,并与传统圆盘剪分切工艺的分切断面特征进行对比。结果表明,采用塑性剪切压迫分离精密分切新工艺,可以消除分切毛刺从而提高金属带材的质量。

硬质合金圆盘刀磨损及刃磨过程研究

采用硬质合金圆盘刀对电磁钢板进行了圆盘剪分切试验,利用光学显微镜和轮廓仪等仪器检测分析了不同分切长度时圆盘刀的磨损过程及其对电磁钢板分切断面毛刺的影响,在此基础上使用万能外圆磨床对硬质合金圆盘刀进行了重新刃磨试验,研究了不同刃磨磨削量时的圆盘刀刃口质量,以探讨圆盘刀磨损过程与刃磨过程的关系。结果表明,随着分切长度的增加圆盘刀的磨损加剧,刃口半径逐渐增大,侧面磨损带高度也随之增加;圆盘刀磨损直接影响分切板材毛刺高度,当分切长度达到3 800m时,圆盘刀侧面磨损达20μm,刃角半径达33μm,而板材毛刺高度达12μm,此时需要装置去除毛刺才能符合分切质量要求。硬质合金圆盘刀刃磨过程是磨损过程的逆过程,随着磨削量的增大,圆盘刀刃口半径减小、侧面磨损带高度降低,但刃磨后的圆盘刀刃口半径在达到约15μm后保持稳定,不会进一步减小,刀具质量无法继续提升。