弹性毛刷去毛刺的断裂机理仿真研究

作     者：黄曙 

作者单位：武汉纺织大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈燚涛

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：冲裁毛刺 断裂机理 扩展有限单元法 正交试验 低周疲劳 

摘      要：去毛刺是金属冲裁后加工必不可少的工艺过程,也是一直困扰着钣金冲压企业的技术难点之一。目前,平板冲压零件去毛刺加工有很多种可行的方法,当面对复杂形状或齿形类冲压零件时,大部分去毛刺工艺都无法达到完全去毛刺的效果。大量实践表明,对于此类冲压零件,采用碳化硅等材料制成的弹性毛刷在去毛刺加工效果方面优于其他方法,但是很少有人对弹性毛刷去毛刺的工艺过程进行深入的理论研究,尤其是弹性毛刷去毛刺的断裂机理方面的研究十分少见。本文以一种汽车雨刮器传动齿轮精冲零件为研究对象,开展了弹性毛刷去毛刺断裂机理仿真研究,主要研究结论如下:(1)对随机抽样的精冲小齿轮零件采用DMI8倒置显微镜测量其毛刺几何参数以及毛刺与零件基体交界面处细小裂纹的长度,在此基础上分别建立了无损伤和有损伤裂纹两种毛刺模型。(2)采用弹性力学理论的方法,建立了毛刷与毛刺的相互作用动力学模型,将毛刷的冲击作用简化为冲击载荷F的形式,推导出了力学模型理论表达式,并对毛刺模型裂纹扩展过程进行了定性分析。(3)分别开展了无损伤裂纹和有损伤裂纹两种毛刺模型单因素试验和正交试验数值试验研究。结果表明,无损伤裂纹和有损伤裂纹两种毛刺模型的最佳试验组合都为F=15N,q=60°,Hc=0.070mm,残余毛刺高度H分别为0.084mm和0.005mm。(4)针对在毛刷模型的数值模拟试验中部分毛刺在单次冲击载荷作用下裂纹未扩展和未完全扩展的情况,采用Abaqus软件对毛刺模型进行低周期疲劳分析数值模拟试验,通过研究循环加载次数与裂纹扩展长度的联系,发现两者之间呈线性关系,当循环加载次数为N=6次时,裂纹能完全扩展,说明达到去除了毛刺的目的。(5)通过对正交分析所得的最佳理论外载F反向加载在毛刷模型上,通过推导理论公式刷丝变形角θ与预设毛刷模型的角速度ω的关系;对毛刷模型进行逆向加载数值模拟仿真试验,理论公式与数值模拟试验结果能相互验证。进一步地,计算得出了去毛刺实验台架的电机参数,为台架试验的开展奠定了基础。本文的主要研究内容和研究为采用弹性毛刷去钣金冲压毛刺加工工艺提供了理论上的支撑,同时为毛刷去冲压毛刺加工工艺参数优化提供了分析手段。研究成果对毛刷去冲压毛刺的工艺探索和生产具有重要的理论意义和实际应用价值。