沖壓模具設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

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畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題目： 沖壓工藝分析與彎曲沖孔模具的設(shè)計(jì) 院系： 三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院 沖壓工藝分析與彎曲沖孔模具的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 一、課題的來(lái)源 課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際，探討沖壓加工中較常見(jiàn)零件的工藝方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。課題涉及知識(shí)面較廣，且設(shè)計(jì)要求較高，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，特別是思考能力是一個(gè)很好的鍛煉。課題研究?jī)?nèi)容包括機(jī)械工程學(xué)科的力學(xué)，材料學(xué)，機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，公差與互換性，機(jī)械制造工藝等知識(shí)，特別鍛煉學(xué)生規(guī)范性設(shè)計(jì)的能力。使學(xué)生能得到全面的鍛煉。課題要求學(xué)生具備較強(qiáng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，對(duì)學(xué)生是一個(gè)挑戰(zhàn)。課題為典型的機(jī)械設(shè)計(jì)類(lèi)課題，涉及機(jī)械知識(shí)全面，與工程機(jī)械專(zhuān)業(yè)方向結(jié)合緊密。 二、選題的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義 沖壓加工是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中先進(jìn)高效的加工方法之一。它是利用安裝在壓力機(jī)上的模具，在常溫或加熱的條件下對(duì)板材施加壓力使其變形和分解，從而獲得一定形狀、尺寸的零件的加工方法。因?yàn)樗饕糜诩庸ぐ辶狭慵?，所以又稱(chēng)板料沖壓。 沖壓加工的特點(diǎn)如下： （1）. 借助壓力機(jī)的壓力，利用模具能獲得壁薄、質(zhì)量輕、剛性好、形狀復(fù)雜的零件，這些零件用其他的方法難以加工甚至無(wú)法加工； （2）. 沖壓加工的零件精度高、尺寸穩(wěn)定，具有良好的互換性； （3）.沖壓加工是少、無(wú)切削加工的一種，部分零件沖壓直接成形，大部分無(wú)需任何再加工，材料利用率高，達(dá)85%以上； （4）.生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，適合于大批大量生產(chǎn)； （5.）操作簡(jiǎn)單，便于組織生產(chǎn)和管理。 沖壓加工的缺點(diǎn)是模具制造的周期長(zhǎng)，制造成本高，不適于單件小批量生產(chǎn)；其次，沖壓加工多用機(jī)械壓力機(jī)，由于滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)快，大量手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，易發(fā)生事故，安全生產(chǎn)與管理要求高，須采用必要的安全技術(shù)措施來(lái)保證。 沖壓加工的應(yīng)用十分廣泛，不僅可以加工金屬材料，而且可以加工非金屬材料。在現(xiàn)代制造業(yè)，比如汽車(chē)、拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、電機(jī)、電器、儀表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生產(chǎn)方面，都占有十分重要的地位。 沖壓加工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機(jī)械，農(nóng)機(jī)，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫(yī)療器具，日用電器及輕工等部門(mén)里都有沖壓加工。不但整個(gè)產(chǎn)業(yè)界都用到它，而且每個(gè)人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機(jī)，火車(chē)，汽車(chē)，拖拉機(jī)上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車(chē)的車(chē)身，車(chē)架及車(chē)圈等零部件都是沖壓加工出來(lái)的。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自行車(chē)，縫紉機(jī)，手表里有80%是沖壓件；電視機(jī)，收錄機(jī)，攝像機(jī)里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。 但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專(zhuān)用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益的。 當(dāng)然，沖壓加工也存在著一些問(wèn)題和缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)在沖壓加工時(shí)產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)兩種公害，而且操作者的安全事故時(shí)有發(fā)生。不過(guò)，這些問(wèn)題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來(lái)的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備及落后的手工操作造成的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步，這些問(wèn)題一定會(huì)盡快二完善的得到解決。 三、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及分析 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)生產(chǎn)汽車(chē)沖壓件約240萬(wàn)噸/8億件，摩托車(chē)沖壓件約28萬(wàn)噸/19億件，拖拉機(jī)、農(nóng)用車(chē)沖壓件約96萬(wàn)噸/7.1億件，家用空調(diào)和冰箱沖壓件100萬(wàn)噸/12.8億件。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家預(yù)計(jì)，隨著沖壓成形行業(yè)最大用戶市場(chǎng)--汽車(chē)行業(yè)今后繼續(xù)迅猛發(fā)展，中國(guó)沖壓行業(yè)已迎來(lái)了一個(gè)快速發(fā)展機(jī)遇期，但能否抓住機(jī)遇獲得新的更快的發(fā)展，前進(jìn)的道路上尚有許多阻力和障礙需要克服與突破。 （1）機(jī)械化、自動(dòng)化程度低 美國(guó)680條沖壓線中有70%為多工位壓力機(jī)，日本國(guó)內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機(jī)，而這種代表當(dāng)今國(guó)際水平的大型多工位壓力機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴(yán)重；封頭成形設(shè)備簡(jiǎn)陋，手工操作比重大；精沖機(jī)價(jià)格昂貴，是普通壓力機(jī)的5~10倍，多數(shù)企業(yè)無(wú)力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設(shè)備投資大，國(guó)內(nèi)難以起步。 （2）生產(chǎn)集中度低 許多汽車(chē)集團(tuán)大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類(lèi)多，生產(chǎn)集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復(fù)建設(shè)，難以滿足專(zhuān)業(yè)化分工生產(chǎn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱；摩托車(chē)沖壓行業(yè)面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅39.2%。 （3）沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套 目前，我國(guó)汽車(chē)薄板只能滿足60%左右，而高檔轎車(chē)用鋼板，如高強(qiáng)度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm以上)等都依賴(lài)進(jìn)口。 （4）科技成果轉(zhuǎn)化慢先進(jìn)工藝推廣慢 在我國(guó)，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，但常常很難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)沖壓工藝應(yīng)用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開(kāi)發(fā)費(fèi)用投入少，導(dǎo)致企業(yè)對(duì)先進(jìn)技術(shù)的掌握應(yīng)用慢，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對(duì)下一代輕量化汽車(chē)結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲(chǔ)備。 （5）大、精模具依賴(lài)進(jìn)口 當(dāng)前，沖壓模具的材料、設(shè)計(jì)、制作均滿足不了國(guó)內(nèi)汽車(chē)發(fā)展的需要，而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低，大約為40%~45%，而國(guó)際上一般在70%左右。 （6）專(zhuān)業(yè)人才缺乏 業(yè)內(nèi)掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車(chē)行業(yè)中具備沖壓知識(shí)和技術(shù)和技能的專(zhuān)業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，掌握設(shè)計(jì)權(quán)、投資權(quán)，我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。 沖壓成形用戶市場(chǎng)的迅猛發(fā)展為沖壓行業(yè)帶來(lái)了全新的發(fā)展機(jī)遇，雖然在沖壓業(yè)發(fā)展的道路上還存在著各種各樣的阻力與障礙，但我們始終相信，這些都阻擋不了沖壓行業(yè)前進(jìn)的步伐。 科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 尤其是在現(xiàn)有資源及環(huán)境不可過(guò)分樂(lè)觀的形勢(shì)下, 對(duì)沖壓加工乃至整個(gè)塑性加工業(yè)等都提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。 減輕重量, 節(jié)省材料, 降低能耗, 開(kāi)拓創(chuàng)新已成為塑性加工業(yè)等面臨的一個(gè)極其重要的課題。 不可否認(rèn)在金屬加工中, 沖壓是成形效率和材料利用率最高的加工方式之一, 其具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。 面對(duì)嚴(yán)重挑戰(zhàn), 沖壓加工正以新的姿態(tài), 向鑄造、 鍛壓、 焊接和機(jī)械加工等領(lǐng)域開(kāi)拓, 已經(jīng)并正在生產(chǎn)出許多具有時(shí)代特點(diǎn)的產(chǎn)品, 展現(xiàn)了沖壓加工廣闊的天地。 例如沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、 沖壓搖臂、 沖壓搖臂座、 沖壓排氣管、 沖壓焊接成形的離心泵、 沖壓托架、 沖壓焊接成形的汽車(chē)后轎殼、 沖壓離合器殼體、 沖壓變速箱殼體、 沖壓皮帶輪等等, 所有這些不僅一改過(guò)去工件由鑄造、 焊接生產(chǎn)而呈現(xiàn)的粗笨外表, 許多沖壓件的精度也毫不遜色于機(jī)械加工的產(chǎn)品, 其結(jié)構(gòu)合理性甚至要超過(guò)某些機(jī)械加工產(chǎn)品, 尤其是其生產(chǎn)率又遠(yuǎn)非機(jī)械加工所能比擬。 而復(fù)合沖壓、 微細(xì)沖壓、 智能化沖壓、 綠色沖壓等高新技術(shù)又向我們展示了沖壓加工極具魅力的新領(lǐng)域, 可以說(shuō)沖壓加工不論從深度, 還是從廣度上都大有作為, 前景美好。 四、設(shè)計(jì)的目的、要求和規(guī)劃 1、設(shè)計(jì)的目的 總結(jié)和鞏固基礎(chǔ)技術(shù)課程和專(zhuān)業(yè)課程中所獲得的知識(shí)，綜合應(yīng)用這些知識(shí)，并將理論知識(shí)用于解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題；通過(guò)設(shè)計(jì)使學(xué)生獲得課堂講授不易掌握的沖模結(jié)構(gòu)知識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決沖壓范圍內(nèi)工程問(wèn)題的能力。 2、設(shè)計(jì)的要求 1) 鞏固和擴(kuò)大本課程所學(xué)的理論知識(shí)。 2) 綜合運(yùn)用本課程和其它課程的知識(shí)，能夠設(shè)計(jì)一般沖壓零件的工藝過(guò)程和模具。 3) 進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖能力，熟悉工程計(jì)算方法和技巧，正確繪制裝配圖和零件工作圖，要求做到 ：字體端正，圖面整潔。通過(guò)編寫(xiě)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，提高總結(jié)技術(shù)問(wèn)題與編寫(xiě)報(bào)告的能力。 4) 熟悉使用機(jī)械零件手冊(cè)、沖壓設(shè)計(jì)資料（如《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》、《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)》）、技術(shù)規(guī)范、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(如《冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》)以及其它技術(shù)資料。 5) 樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)必須從實(shí)際出發(fā)，在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真踏實(shí)的工作態(tài)度和工作作風(fēng)。 3、設(shè)計(jì)的工作規(guī)劃 應(yīng)充分研究設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，了解產(chǎn)品用途，并進(jìn)行沖壓件的工藝性及尺寸公差等級(jí)分析，對(duì)于一些沖壓件結(jié)構(gòu)不合理或工藝性不好的，必須征詢指導(dǎo)教師的意見(jiàn)后進(jìn)行改進(jìn)。在初步明確設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，可按以下步驟進(jìn)行沖壓總體方案的論證。 1) 醞釀沖壓模具設(shè)計(jì)安排的初步方案，并畫(huà)出各步的沖壓工序草圖； 2) 通過(guò)工序安排計(jì)算及《沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)》等技術(shù)資料，驗(yàn)證各步的沖壓模具設(shè)計(jì)方案是否可行，構(gòu)畫(huà)該道工序的模具結(jié)構(gòu)草圖。 3) 構(gòu)畫(huà)其它模具的結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)一步推敲上述沖壓工序安排方案是否合理可行。 4) 沖壓工序安排方案經(jīng)指導(dǎo)教師過(guò)目后，即可正式繪制各步的沖壓工序圖，并著手按照“任務(wù)書(shū)”上的要求進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。 外文翻譯 基于透明塑性模型的中小型板材沖壓過(guò)程分析 摘要A 泰勒式結(jié)晶塑性模型應(yīng)用于商業(yè)化的有限元分析軟件，在現(xiàn)代的主體立方結(jié)構(gòu)（BBC）不銹鋼板加工過(guò)程中的反應(yīng)的研究中，此模型被編碼成子程序。成型過(guò)程中板材的厚度變化用微型凹槽成型程序來(lái)檢測(cè)。板材不同厚度上晶體學(xué)取向關(guān)系的空間分布的效果也已經(jīng)經(jīng)過(guò)了論證?；诙ㄏ蛭睦淼陌宀难芯康臄?shù)據(jù)結(jié)果，也很好的與相關(guān)的學(xué)術(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持了一致。 關(guān)鍵字： 可塑性結(jié)晶； 板材成形加工； 有限元分析 1、 簡(jiǎn)介 由于近年來(lái)微小型金屬部件需求量的不斷增長(zhǎng)，中小型部件加工成型的發(fā)展引起了密切的關(guān)注。以前，基本尺寸僅僅被當(dāng)做是結(jié)晶粒度和樣品尺寸/特征尺寸，近年來(lái)，一種所謂的“尺寸效應(yīng)”在金屬響應(yīng)方面扮演了十分重要的角色，在很多種荷載條件下發(fā)揮了非常重要的作用。 貝克爾采用了一種二維的有限元模型來(lái)檢驗(yàn)金屬材料在平面荷載壓縮過(guò)程中的反應(yīng)。水平荷載下質(zhì)地的變化的報(bào)告不僅是基于相鄰粒度的極向錯(cuò)誤，還綜合了有多個(gè)粒度間隔的晶粒的約束作用?？ɡ锒∧岬热擞靡粋€(gè)全隱式時(shí)間積分圖表論證了非常有預(yù)見(jiàn)性的一種泰勒結(jié)晶模型。基于模擬仿真的材料無(wú)氧高導(dǎo)電銅的應(yīng)力應(yīng)變性能和質(zhì)地的變化都很好地與那些相應(yīng)的鍛造過(guò)程中測(cè)量到的純剪力和平面應(yīng)力數(shù)值保持了一致。哈伍德和麥克哈弗利用有限元分析監(jiān)測(cè)嵌入的敏感結(jié)晶塑性制劑的效果得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。他們預(yù)測(cè)：必須要有高的網(wǎng)絲密度，才能在加工成形的過(guò)程中得到率相關(guān)的特征。趙先生等人用三種不同的結(jié)晶塑性模型評(píng)估了面心立方晶體金屬的質(zhì)地紋理變化。他們提出以直接的數(shù)值模擬高網(wǎng)絲分辨率材料的方法被認(rèn)為可行。這種方法可以給出更多關(guān)于晶粒變形和晶粒內(nèi)部變化的精確的描述。 近期，李和Zabaras將非頻率依賴(lài)型固有關(guān)系應(yīng)用于有限元模型來(lái)演示金屬中晶粒的單軸向力引起的應(yīng)力應(yīng)變。較小的晶粒大小產(chǎn)生相對(duì)較小的應(yīng)力應(yīng)變反應(yīng)，這一結(jié)果與以往的實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果很好的保持了一致。 在過(guò)去，試驗(yàn)中采用結(jié)晶基礎(chǔ)模型來(lái)研究很多的成型過(guò)程中金屬微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的變化。然而在近期，Beaudoin等人采用了結(jié)晶塑性模型來(lái)研究鋁制板材的液壓成型過(guò)程，而且闡明，他們預(yù)測(cè)的耳部位置和高度也和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持了高度一致。Nakamachi和Dong提出了一個(gè)全面硬化的結(jié)晶模型，并用一個(gè)數(shù)值動(dòng)態(tài)變化的圖表來(lái)演示應(yīng)力變形集中區(qū)域的慣性效應(yīng)。Nakamachi等人得出如下結(jié)論：金屬的質(zhì)地和紋理影響深度沖壓操作過(guò)程中拉應(yīng)力的集中和耳子的形成。通過(guò)對(duì)結(jié)晶塑性模型的各向異性和成型性能進(jìn)行有限元分析Chen等人也提出，金屬板材最初的質(zhì)地和紋理對(duì)這些性能也有影響。 彭等人檢查了不同晶粒粒度的薄板材微小凹槽的加工過(guò)程，他們使用現(xiàn)象學(xué)的產(chǎn)量批判分析。他們發(fā)現(xiàn)，晶粒的粒度越小，板材可以獲得更好的成型性能。彭等人進(jìn)一步建立了一個(gè)均勻的晶粒粒度分布的從屬組織模型，用以對(duì)金屬的表現(xiàn)作出解釋。在此過(guò)程中，他們?cè)诰Я４笮?、板材厚度、板材寬度方面使用了相?dāng)大范圍的尺寸比例因子。但是，在此分析過(guò)程中，彭等人沒(méi)有引進(jìn)嚴(yán)格的各向異性，這種各向異性在金屬板材的觀察研究中使用是非常普遍的。 在此，他們采用了泰勒式的結(jié)晶塑性模型，用于調(diào)查研究體心立方結(jié)構(gòu)不銹鋼板材在沖壓成型過(guò)程中的反應(yīng)。此過(guò)程中板材厚度的變化被用來(lái)與先關(guān)實(shí)驗(yàn)中探測(cè)和測(cè)量得到的結(jié)果相比較。 2、 本構(gòu)關(guān)系 從微觀的觀點(diǎn)來(lái)看，在一個(gè)特定的平面上沿著特定方向的滑移是相應(yīng)較低溫度下塑性變形的主要機(jī)制。使用結(jié)晶體的方法，最主要的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)晶體固有的表現(xiàn)可以在任意的加載途徑下被模仿，只要我們知道金屬滑移的過(guò)程和晶粒取向構(gòu)成的參數(shù)。 鋼制金屬材料的各向同性彈性的線性方程假定如下，而且四向張量的彈性模量C可以用如下表（1）所示的形式表達(dá)。 C11 C12 C12 0 0 0 C12 C11 C12 0 0 0 C= C12 C12 C11 0 0 0 0 0 0 C44 0 0 0 0 0 0 C44 0 0 0 0 0 0 C44 在這里，彈性模量C11 、C12和C44 的值分別選擇為265.2GPa，113.6GPa和151GPa。 為體立方晶體假定的{110}和{111}滑移體系中，每個(gè)平面上都有六個(gè)不同的滑移平面，每個(gè)滑移平面上都有兩個(gè)不同的滑移方向。金屬中晶體的滑移造成的塑性變形，有著非常敏感的固有應(yīng)變速率。對(duì)于那些比率敏感的金屬，當(dāng)相應(yīng)的滑移平面上分解切應(yīng)力不同時(shí)為零時(shí)，所有的滑移系統(tǒng)都被認(rèn)為是有活性的。因此，缺少獨(dú)特性，因?yàn)橛行У幕葡到y(tǒng)的測(cè)定是與外加的強(qiáng)制變形相關(guān)的。對(duì)于比率敏感的金屬，考慮到應(yīng)變速率的敏感性，它的敏感度將會(huì)相應(yīng)的降低。在此，我們使用一個(gè)冪函數(shù)關(guān)系式來(lái)敘述分解切應(yīng)力τ (α)和剪切應(yīng)變速率γ(α)，其中α th (α = 1, 12 )，滑移系統(tǒng)表示為： 在這里γ(α)表示α th滑移系統(tǒng)中的參考應(yīng)變速率，m表示結(jié)晶體滑移系統(tǒng)中應(yīng)變速率的敏感度?；葡到y(tǒng)的硬度，g(α )表示所有的滑移系統(tǒng)中剪切應(yīng)變的總合的一個(gè)函數(shù)。為了方便起見(jiàn)，γ(α)的數(shù)量級(jí)被假定為和所有的滑移系統(tǒng)中一樣?；葡到y(tǒng)中硬度的演變通過(guò)以下的公式給出： 在這里，hαβ，硬化部件的矩陣，給出了a th滑移系統(tǒng)和b th滑移系統(tǒng)硬化比率之間的關(guān)系。這里采用的一個(gè)簡(jiǎn)單的硬化矩陣可以表達(dá)為： 這里，qαβ，組件的硬化矩陣Q，是與在最初的滑移系統(tǒng)的基礎(chǔ)上自身的硬化比率，以及次要的結(jié)晶體滑移系統(tǒng)中潛在的硬化比率相關(guān)的。而且，h(β )是一個(gè)關(guān)于g (β )的方程，表示如下： 在這里硬度系數(shù)h0，a，以及滑移硬度系數(shù)gs在所有的滑移系統(tǒng)中都被假定成一個(gè)恒定的值?；朴捕萭0的初始值應(yīng)該在公式中加以估計(jì)得到。對(duì)于體心立方晶格金屬材料，矩陣Q可以詳細(xì)寫(xiě)成： 此處qc和qn在整個(gè)變形過(guò)程中也都假定為一個(gè)恒定值。它們代表了共面的或不共面的滑移系統(tǒng)中潛在硬化比率的概率值。上面的所有滑移系統(tǒng)的硬化參數(shù)都可以用單軸拉力實(shí)驗(yàn)中得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線來(lái)評(píng)估。 有限元分析的方法在這里繼續(xù)使用，并在有限元分析軟件ABAQUS中附帶使用用戶自定義的子程序UMAT ,以此來(lái)說(shuō)明不銹鋼板材的變形過(guò)程?；葡到y(tǒng)硬度參量的選擇被包含在表格1所示的模擬中。薄型板材在平面變形壓應(yīng)力的作用下的預(yù)加工處理，其紋理變化可以通過(guò)數(shù)值分析的方法得到。{110}中模擬的板材的極向圖，其作用條件是厚度方向的壓應(yīng)力系數(shù)為0.85，如圖表1所示。這個(gè)極向圖表明（110）平面在一個(gè)偏角上變得協(xié)調(diào)一致，此角與平面上大多數(shù)由曲面法線和橫向規(guī)定相比，存在一個(gè)偏值。 單軸向應(yīng)力應(yīng)變?cè)谲堉品较虻年P(guān)聯(lián)是來(lái)自于結(jié)晶塑性模型的有限元分析。分析得到的紋理結(jié)晶方向的結(jié)果與SUS304板材的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果保持了高度一致，特別是在張力相對(duì)較大區(qū)域的附近，如圖表2所示。 表1 滑移系硬化參量值 表1 {110}模擬極向圖 硬度系數(shù)選擇的合理性因此得到了驗(yàn)證。 3、數(shù)值結(jié)果 由于結(jié)晶塑性模型通常需要密集的計(jì)算資源，這里使用并行計(jì)算格式。彭等人繪制了一張帶有詳細(xì)尺寸標(biāo)注的示意圖來(lái)說(shuō)明微型凹槽加工，如圖3所示。圖中也展示了有限元分析的單元特征。由于凹槽的跨度與工件的寬度相比小了很多倍，因此平面應(yīng)力的變形可以得到合理的假定。帶有兩個(gè)參量的Mooney-Rivlin模型用來(lái)描述超彈性的橡膠金屬的變形，兩臺(tái)沖壓機(jī)和鋼模在這里都被認(rèn)為是剛體。沿著凹槽的跨度和薄板厚度方向，分別用厚度在0.1mm的工件的80和5兩個(gè)二階平面形變四邊形元。軋制工件的每個(gè)部分最初的晶體學(xué)取向關(guān)系是從相同的網(wǎng)狀模型從提取的，這些模型處于平面壓縮張力的工況下，壓縮厚度張力為0.85.工件和柔性橡膠的接口處，哥倫布摩擦系數(shù)取值0.2，工件和剛性沖壓模具之間取值也相同。然后使用恒定的沖壓力將工件壓縮進(jìn)入柔性橡膠。圖4演示了工件各種變形階段凹槽跨度上馮-米賽斯等效應(yīng)力分布。在與沖模的圓角相接處的位置周?chē)?，不均勻的?yīng)力分布可以很明顯的觀察到。當(dāng)沖壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，建立在模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量基礎(chǔ)上的板材厚度變化在圖5中得到論證。數(shù)值結(jié)果，首先帶著隨機(jī)分布的晶體學(xué)取向關(guān)系表現(xiàn)出板材的各向同性，這些結(jié)論也都被包含在圖中用于比較。從橫坐標(biāo)上原始的指定點(diǎn)到凹槽中心線的距離為1.3mm。所有的模擬和測(cè)量值都顯示，板材最薄的位置大致出現(xiàn)在圖4所示的等效應(yīng)力最高的區(qū)域。對(duì)最小厚度的評(píng)估使用的模型紋理方向和測(cè)量結(jié)果保持了高度一致，這個(gè)結(jié)果可以從圖5中得到。與此同時(shí)，使用的紋理方向隨機(jī)分布的模型，戲劇性的低估了這些區(qū)域的厚度。不過(guò)凹槽邊緣的厚度，模擬得到的厚度要比實(shí)驗(yàn)得到的厚度薄。 圖2 基于表面織紋晶向有限元分析和SUS304板材實(shí)驗(yàn)測(cè)量的單軸向應(yīng)力關(guān)系 圖3.微型凹槽沖壓示意圖 圖4.在（a）25% （b）50% （c）75% （d）100%變形量時(shí)工件上凡米賽斯等效應(yīng)力分布圖 圖5. 基于模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的板材最終厚度分布 4、總結(jié) 有限元分析中應(yīng)用的結(jié)晶塑性模型，可以理性的評(píng)估不銹鋼板材在微型凹槽加工操作中厚度的分布。表面織紋的晶向定位分析模型給出了相對(duì)公正的板材厚度公差的評(píng)估，并與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)做出了對(duì)比。板材初始晶向定位空間分布可以強(qiáng)烈的影響板材厚度的分布。模擬材料晶粒尺寸的大小和方向的分布，研究材料的反應(yīng)，這一方法在將來(lái)的研究中可能得到廣泛的應(yīng)用。