变宽度圆盘剪切机虚拟样机研究

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1、北方工业大学硕士学位论文1剪切机国内外研究现状【l-lo】剪切加工方式具有生产效率高、质量稳定、适于批量生产等优点，在生产中得到了广泛的应用，板材剪切加工又是这种加工方式的主要形式和基础。从十九世纪初，人们就开始研究剪切加工。近数十年来，随着航空航天、汽车、船舶、家电、仪器仪表、计算机等工业的发展，剪切技术的应用越来越广泛。为了适应生产发展的需要，许多科技工作者不断地探索求新，完善和开发剪切加工工艺，以求更大限度地发挥剪切技术的优越性和应用水平，剪切生产技术得到了十分迅猛地发展。长期以来，人们对剪切加工

2、技术的研究重点多集中在成形方面，如板材的拉深、弯曲、胀形及翻边等，这些方面的理论已日趋成熟。但在剪切方面所作的理论研究工作还相当有限，这主要是因为这种看似简单的变形方式、变形过程复杂，主要特点为：1)变形集中在一个狭小的区域内。被加工材料的大部分都为弹性区，因变形大且变形区域小，使得用通常的实验方法，如在变形区划网格，然后测量网格的变形，进而确定应变和应力的方法，也较为困难，用有限元模拟时也要适时地对变形网格进行重划，才能保证收敛性和计算精度；2)变形过程中出现被加工材料纤维被切断的现象，且以断裂方式告

3、终。由于很难建立与实际情况相符的断裂判据，断裂或破坏是研究剪切加工较难解决的问题。由于存在上述困难及板材剪切加工过程本身的复杂性，其分析模型是非常复杂的，用一般的理论和实验分析、有限元模拟等方法对其进行研究非常困难。对剪切加工的深入研究大致始于二十世纪五十年代，过去，人们对剪切加工的认识，不管是平面问题，还是轴对称问题，多是针对模具设计中的一些基本参数，如模具间隙，剪切或冲裁凸、凹模圆角等给出的一般性的指导原则并未涉及问题的实质。在二十世纪九十年代以前，涉及剪切加工方面的文献资料还很少。剪切加工的过程很

4、复杂，包括弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。为了获得良好的剪切效果，必须研究剪切时所需要的各种工艺参数如剪切角矽、刀片间隙z、刀片倾角Q、剪切速度v和剪切力F及板材厚度t的关系，如图1．1所示。U‘，“匪_IJ、／／

5、，j，／／，＼＼Z闲’+-图1．1剪切参数说明示意图2北方工业大学硕士学位论文自二十世纪九十年代开始，日本学者在剪切加工方面作了相对较多的工作。其研究内容涉及各种材料的剪切加工，包括棒材、管材、薄板、厚板、树脂复合板及其它材料，但大部分还是针对金属板材的。其它国家的科技工作者在这方面也作了

6、一些工作。文献资料说明，对板材剪切加工问题的研究，相比较而言，在实验方面没有重要突破，而在用FEM技术分析板材剪切加工方面却取得了一些成果。近几年来，由于生产的实际需要及计算技术、实验技术的发展，特别是有限元计算及相关技术的逐渐完善及广泛应用，对板材剪切加工方面的研究已逐渐增多，一些研究工作者己开始借助于有限元法，或结合实验方法对剪切加工过程进行了分析，取得了一些成果。汤川伸树等学者用FEM对板材剪切时断裂前的加工过程进行了模拟，采用了刚塑性材料模型、三角形单元，得出了相对间隙和刃口圆角尺寸等参数对应力

7、、应变分布的影响规律，提出了用有限元模拟得到的静水应力分布规律来预测板坯中初始裂纹发生点的方法；小森和武等采用节点分离并重划网格技术，对板材剪切加工过程进行了分析。西班牙的F．F踟m等用ANSYS软件对剪切加工过程进行了模拟，对不同相对间隙的剪切过程进行了分析，在实验基础上得出了最佳的相对间隙；香港理工大学的Z．H．cll饥等用FEM模拟了精密剪切加工过程，精密剪切过程需要抑制裂纹的产生，以获得最大光亮带的要求，为此对剪切过程进行了细致的分析，给出了应力、应变分布规律，在计算过程中采用了不同的算法，解决

8、了计算过程中的大转动和卸载问题：埃及M．S觚n玲l基于Ma∞软件研究了包括刃口圆角半径、模具表面粗糙度和相对间隙等几种工艺参数对剪切过程的影响，得出了一些结论；荷兰的Y．W．s钯g锄加等采用弹塑性V(m．Mises模型对剪切加工过程进行了模拟，得到了剪切速度对剪切力的影响，还采用了精确的网格实验法，在变形区画上网格，用显微镜对网格的变形进行观测，得出剪切过程中模具切入量和材料应变分布的关系。在实验测量方面，古闲伸裕提出了采用视塑性Ⅳisoplastic蚴法，对板材剪切时的应变场进行了测量和计算，此方法通

9、过记录变形过程中网格的变化，及不断地对网格进行重划，随后的计算工作繁杂，工作量巨大显而易见。这种用于一般塑性加工问题的应变测量方法，在解决板材剪切加工问题时，还存在不少困难。美国的Mir培Li对铝板在剪切加工状态下的裂纹扩展情况和最终形成的毛刺进行了实验观测，并提出了剪切加工中无量纲参数的概念。S．kMaiti等学者对0．1~】mm厚度板材的剪切加工进行了研究，得出了几种参数对剪切过程的影响规律。北方工业大学硕士学位论文国内学者梁炳文、卢险