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接触压力的演化及其与金属板材成形磨损的关系
文章历史：
2007年7月18日被收到，2008年3月11日以修订的形式被接收，2008年4月11日被公认，2008年7月2日可以上线，
关键词：
接触压力、有限元分析、板料成形、磨损
摘要：
在给定的金属片成形过程中，对接触压力分布的准确测定是估计刀具寿命的重要一步。
这项调查利用有限元（FE）分析来建模和解释在模半径通过出通道形成过程的演变与接触压力分布。
结果发现，在大部分过程中，存在一个典型的双峰稳态接触压力反应。
然而，在此之前的初始瞬态响应，以极大和局部的的接触压力并且是两倍以上规模的稳态峰压为特点。
通过详细的数值分析和通过检查磨损做试验用的心理冲压操作的响应，对预测的接触压力行为的有效性进行了评估。
实验结果表明高接触压力区域的瞬态响应符合严重磨损的磨损机理。
因此，瞬态响应可能是最重要的刀具磨损反应；因此质疑传统的弯下-张的穿钢板冲压过程的测试的适用性。
最后，一个参数研究是冲压，使用开发的有限元模型，检查稳态和高峰瞬态接触压力对主要工艺参数的影响，结果发现，弯曲率和毛坯材料的极限抗拉强度对接触压力有最大的影响。
和主要过程有关的参数，摩擦系数和压边力，被发现只有小部分的影响。
1.介绍
在最近几年，汽车板料成形工业已看到已实现满足高强度钢
崩溃的要求，由于环境的关系问题而减少使用润滑剂，由于共同整车平台的发展而增加的工具寿命的需要的现象。
因此，形成的工具现在必须承受更高的成形力的时间较长；导致不可接受的程度的磨损和擦伤。
由于需要昂贵的耐磨材料和涂层，增加停工和维修工具，贫乏的的部件质量的表面完美和几何精度，磨损问题可能是昂贵的。
因此，刀具寿命的准确预测，已成为一个日益增加的要求。
不幸的是，磨损是一个复杂的系统反应，而不是仅仅是一个个人的物质财产或独特的物理机制机制[1]。
因此，在文献中有数以百计的方程描述许多类型的磨损[2]。
一些文献中基于实证的关系，描述磨料和粘合剂的滑动接触面的磨损，包括byRhee[3],Bayer[4]和Archard[5]提出的。
在这种类型的方程，磨损率瓦特通常表示为一个功能正常负荷L，滑动距离S（或滑动速度和时间），和磨损系数K，采用以下形式：
W=?
？
？
，
（1）其中m和n是经验常数，安装使用模拟实验室测试数据[6]。
一般情况下，据观察，m≥1（具有典型值范围内的2-3）和n≤1[1]。
在磨损和正常负载之间的权力关系，如果指数大于1，表明高峰负荷对磨损反应有显著影响。
这与最近的由严复等人提出的结果一致。
确定的磨损率对最大接触压力非常敏感，[7,8]。
因此，对一个合适的磨损模型的应用至关重要的一步就是准确的测定接触压力和是峰值接触压力，特别是在滑动界面。
对于绘图类型的进程，该工具模具半径地区受到最严重的摩擦压力，通常在这附近的高耐磨水平所示。
因此，本文研究的规模和接触压力分布在模具半径为特定的冲压工艺。
本文的新颖的贡献是利用有限元分析，研究在形成过程中的一个典型的通道的模具半径的接触压力的演化。
特别是，一个短暂的接触压力的反应是确认的，在以前的研究中一直没有观察到的接触压力/磨损金属板形成9–[13]。
鉴定瞬态条件被推测为原发性磨损的反应，由于巨大和局部接触压力的发现而发生。
此发现潜在问题钣金冲压过程的传统磨损试验的适用性。
2.实验和数值设置成形过程
图1中所示的通道成型过程是用来复制一个典型的金属薄板冲压模具汽车行业所经历的磨损条件[14,15]。
声明，请参阅包含半工业磨损测试装置的安装程序、过程和结果的详细的说明。
表1概述了关键的变量。
使用这项调查的空白材料是无涂层2.0mm厚双相600级钢（DP600）。
这些工艺条件（几何，形成模式、空白的材料及厚度）被选为他们具有代表性的典型的车身结构组件例如，导轨、跨成员和支柱[14,16]。
发现这种情况会容易磨损和擦伤[14]。
实验过程中被复制的数值模拟方法，采用非线性隐式有限元代码（ABAQUS/标准版本6.5–1）[17]。
分析被简化为一个半对称，两维平面应变问题。
为了详细的分析空白和模具半径之间的联系，模具网和空白网格显著细化各自的接口的地区（图1c）。
由于模拟接触和显著弯曲经历的空白，四个节点，双线性，平面应变的模拟，四边形与减少结合点，加强沙漏控制（CPE4R）被用于所有配件网。
XX翻译：
一小部分节点，直线，平面应变，三角元素（cpe3）被用来允许过渡到fi东北网在该地区的死亡半径，一个网格在剩下的死。
约束限制被用来合并在一起dissim-类似的地区和东北fi粗网格，允许更快的过渡网格密度附近的表面相互作用的兴趣（图集成电路）。
使用约束限制性fi明显减少单元数量，因而减少了75%的计算时间，只有微不足道的影响预测的应力，应变，力量和控制的压力在整个模型的机智。
详细的有限元网格使用的是表2所示。
边长的元素之间的界面上的空白和死亡半径也列出参考。
必应翻译：
少量的三节点、线性、平面应变，三角形单元（CPE3）被用来允许对模具的其余部分课程网模半径，从该区域的模具半径的网过渡为模具的其余部分的网。
约束限制被用于合并不同地区的粗细网格，允许更快的转换网格密度的利益（图1c）相互作用表面附近的合并在一起。
配合约束的使用使必需的元素的数量显着降低，导致在计算时间减少75％同时对预测的应力，应变，力量和整个模型中的接触压力有微不足道的影响。
有限元网格使用的详细信息如表2所示。
在空白和模半径之间的界面元素的边长也列出供参考。
各向同性材料性能的空白和工具（模具，冲床，压边）列于表3。
弹性包括刀具材料的定义，以确保准确的接触压力进行了预测-反对僵化的简化，通常在金属板材成形有限元分析。
对于dp600空白材料，它的塑性行为在拉伸试验中的测量，可近似的用一个标准的幂律模型表示（如式（3）和表3的幂律模型和设置参数）。
谷歌翻译：
默认的“主从”算法在ABAQUS使用“硬接触”压力过封闭的关系[17]定义的空白和工具表面之间的相互作用，由于工具明显地比空白硬，工具表面被作为主表面的相互联系。
摩擦模型采用各向同性惩罚摩擦公式计算。
该系数的有效摩擦是不同的，以便相关的 实验测量的长度f和拳力与预测的数值模拟。
摩擦系数为0.15，达到了良好的相关性。
应用的恒定压边力450N（等同于8兆帕实验装置的初始接触压力）
3.接触压力预测
第1突出显示接触压力磨损响应的重要意义。
本节将对模具的半径的总体分布、大小和位置的峰值应力，这些在整个过程中的演变的角度检查接触压力的行为。
3.1接触压力分布及演化
图2显示模拟结果历史中，预测的接触压力分布过程中几个实例的模半径。
作为参考，在每个图中的插图显示一个三维图形的空白变形在特定时刻时的仿真。
很明显的接触压力的反应是复杂的，在模具半径和整个形成过程显著不同，因此不能完全捕获图五图。
为了更好的理解接触压力明显依赖于时间的演变，有必要通过模拟结果的历史在许多实例绘制分布。
为一个类似的模式/流程设置[18]，作者通过一个三维表面图，在其早期作品中提出了这样的结果，但这并不完全清晰表明接触压力响应。
为了避免复杂度的三维图，轮廓上模半径与接触压力的等高线图被创建。
这种类型的图表允许结果历史（约140实例，在这种情况下）的多实例的接触压力分布示意图，让整个接触压力响应的详细和简洁的代表性。
由于使用了严格的主从接触制定模切空白的互动模型，接触压力的结果只能是报道空白（奴隶）的表面，这是连续盟友整个模拟移动。
出于这个原因，每个解决方案的空白表面接触压力数据增量被翻译并标准化
以达到一致的位置上的模具半径（间隔约0.5◦在模具半径）。
这一程序产生一系列的接触压力数据在每个间隔角半径与冲头冲程。
可以通过检查图3确定接触压力分布的模半径在任何时刻的模拟。
例如，当冲走过9毫米时，为了确定接触压力分布，读者必须遵循
一个水平线，从左至右，在9毫米的位置沿垂直轴。
检查线相交的彩色的轮廓的区域允许压力分布沿半径被确定。
很明显是有近似500MPa模半径，接近0◦的峰值和另一个大约1200MPa接近60◦的高峰值，导致如图2c所示的两个峰值分布。
图3的检查表明，接触压力反应可分为不同的阶段。
大约三分之二的过程中，17至50毫米的冲床旅行，显示几乎恒定接触压力响应–力反应—这将转交稳定状态的区域。
值得强调的是尽管在这一地区存在相对恒定的接触压力分布，由于它不断地绘制模半径，空白仍经历巨大的变形，如图2所示的变形所示。
在初始部分的过程中，0至17毫米的冲床旅行，期间的大小、位置和模半径的接触压力分布的变化相当大，因此这将被称为瞬态的区域。
为了了解和合理化预测的接触压力的反应，将继续在之下章节中详细审查稳态和瞬态的接触压力的反应。
3.2.稳态接触压力分布
在模拟结束时被获得的单接触压力分布（即图2e），由于这一阶段大约持续性，将被选为典型的稳态反应。
在这张图表上,模半径的接触压力显示两个分布式的峰。
当空白开始接触模半径时第一个峰值将出现，并且在空白离开模半径时第二（较小）高峰出现。
由于接近中点的压力最小，空白在两个高峰值的模具之间保持接触，同样明显的是，在稳态阶段的过程中，空白和模具（即非零距离接触压力）之间的联系（即非零接触压力）将出现只有大约一半的半径。
因此，虽然几何角度总结空白是接近90◦，但接触模半径的实际角度是空白的要少得多。
典型的双峰接触压力分布的定性描述比文献（9-13）中提出的通过半径对其他模成型过程中接触压力分布进行的衡量和预测更好。
例如，图4显示的由hanaki和Kato[12]提出的结果，是在二个规定值后张力中使用低碳钢时，来自于实验性的弯-下-张力测试的接触压力的力量记录。
尽管考虑不同的工艺条件，图4中的接触压力分布显示性质类似的山峰在开始和结束的接触和压力极小的中点附近的接触区，在图2中可以观察到。
由于不同的几何形状的试验装置，相对位置的接触压力分布的弯-下-张试验的通道的形成是不同的。
必应翻译：
尽管专题讨论下不同的进程，在图中的接触压力分布。
4a展品质量上类似峰在开头和结尾的接触和附近的联系人区域中,点的压力极图2e中可以看出。
弯下张力测试接触压力散乱的相对位置不同的形成过程中因不同的测试安装几何的通道。
加藤[12]把初次和二次压力峰值分别归功于弯曲和伸直，通过半径不断绘制薄片而发生。
空白变形在通道成形模拟中的检查，显示类似绘图类型的过程将发生。
对于大多数的一部分，最初直空白弯曲的模具形成一个曲率半径。
空白，然后通过这种曲率被绘制，其余主要是与模具半径接触，直到它以其出口的半径被拉直。
然而，由于弯-下-张试验是一种连续式的过程，它可以在逻辑上假设瞬态反应通道的形成过程将不被捕获。
第五页'
必应翻译：
玻名城和加藤[12]属性初次和二次压力山峰的弯曲和展平，分别的发生，不断地绘制工作表在半径。
成形模拟通道的空白变形的检查发现出现类似绘图类型的过程。
在最大程度上，最初直空白是俯身模形成曲率半径。
然后绘制在此的曲率，直到它理顺它退出半径很大程度上在con机智与模具半径，剩余空白。
不过，弯下张力测试是一个连续型过程，因为它可以逻辑假设通道形成过程的瞬态响应不会捕获
谷歌翻译：
在数值模拟和实验的结果强调，弯曲下张力测试提供了类似的接触条件的形成过程中的通道的稳态部分之间观测结果定性一致。
XX翻译：
结果定性协议之间的数值和实验结果集锦，弯倒张型试验提供了类似的接触条件下的稳态部分渠道的形成过程。
这同意-的结果之间的有限元分析和实验的方法，结合相关记录之间的冲头和fl昂热长度在2节中描述，提供了一个合理的水平对照fi对精度的有限元模型。
必应翻译：
定性协议之间的数值模拟和实验结果观察的结果中突出显示的弯曲-下tension测试提供通道形成过程的稳态部分类似接触条件。
有限元分析与实验方法，结合的第2条所述的记录的拳力和flange长度的相关性之间的结果此同意发展提供一个合理的水平，信任的有限元模型的准确性。
必应翻译：
3.3.瞬时接触压力反应的瞬态部分接触压力演变，由该区域之间0毫米，约17毫米的冲床旅行，表示以高度本地化的接触条件为主。
这些结果在接触压力超过1000MPa——即多个双稳态高峰压力。
接触压力con-旅游（图3）显示本地的最大压力发生在靠近0◦上几乎整个过程的半径的区域。
不过，在过渡阶段此本地的最大值，在最大程度超过的第二个压力峰值进一步沿半径。
第二高峰更本地化，联系人之间的空白和10◦（小于0.9mm弧长），低于模近似面积一般。
此外，这个压力峰值不在同一地点模半径，但几乎恒定速率对冲旅游半径沿而移动。
因此，虽然瞬态峰值接触压力的模拟高度本地化在任何给定的时刻，这些严重的压力正在经历模半径的很大一部分在过程中。
XX翻译：
变接触压力反应在过渡区的结果发生变化的几何，加载和接触条件为直空白最初是裹/形成的模具半径的行动力度。
虽然点燃温度包含几个研究已审查了接触压力分布在半径为抽取式金属成形过程，采用实验和有限元方法[9，13]–，这短暂的影响是不遵守。
原因是，所有这些调查研究的金属板材拉深在一个半径使用各种类型的bending-under-tension测试，这基本上是一个连续、平稳过程。
必应翻译：
直空白是最初包装\/形成对冲作用下模半径瞬态地区不同接触压力反应会发生变化的几何、装载和接触条件的结果。
虽然亮溫包含几个的半径为绘图类型金属成形过程使用试验和有限元方法[该群]中过的接触压力分布的调查，不遵守此瞬变的影响。
原因是这些调查的每个审查的钣金件绘图使用各种类型的弯下张力测试中，这是本质上是一个持续\/稳定过程的半径。
为了评估有效性的瞬态接触压力的结果，并对磨损响应，基于实验室的通道形成磨损测试结果的significance进行。
此测试的空白材料与几何是第2节中所描述的一样。
模具材料是AISID2级工具钢，60HRC麻木不仁。
模具半径表面上的两个地点的光学显微镜图像所示图4b后形成140件。
很明显磨损机制发生在0◦上的模半径的位置，虽然更严重磨损机理观察到70◦的位置。
XX翻译：
结果在图4b以及相关的接触压力的预测结果在模具半径（图3）。
根据图3的位置上，0◦死于半径对应于温和的接触压力（∼500兆帕），造成的磨损机制观察条。
该地区的70◦在模具半径对应较高的接触压力（>1000），导致过渡到更严重的磨损机制。
结果从实验分析表明类似的相关性之间的接触压力和输入/严重的磨损机制在所有其他地点的死亡半径研究。
必应翻译：
图4b中给出的结果关联起来的接触压力结果预测在模半径（图3）。
图3，依法0◦模半径的位置对应于温和接触压力（∼500mpA），导致的磨损机制图4b中观察到。
70◦模半径的区域对应于较高的接触压力（大于1000mpA），这会导致更严重磨损机制过渡。
从实验分析结果显示接触压力与类型\/严重磨损机理的类似相关性模半径审查所有其他位置。
重要的是，图3显示了该联系人之间的空白和70◦地区的模半径仅出现在过渡阶段。
因此，任何实验的表面退化，观察到这一地区只可以归因于短暂的接触压力响应（和不能关联的稳态阶段）。
谷歌翻译：
这些结果表明，与本研究中发现的瞬态响应相关的大的压力可能主要意义是穿响应。
XX翻译：
这些结果表明，大压力相关的瞬态响应看到在这项研究可能是原发性fi属磨损的反应。
因此，接触压力的反应，和随后的磨损的反应，一个典型的通道的形成过程可能不准确代表使用bending-under-tension试验。
因此，传统的磨损试验及测试方法用于应用钣金冲压模具，可能需要重新评估。
必应翻译：
这些结果表明，可能会看到在这项研究的瞬态响应关联的大压力的主significance磨损的反应。
因此接触压力响应及随后的磨损响应，典型的通道，形成过程可能不准确使用表示弯下张力测试。
因此，传统的磨损试验和测试方法，用于在钣金件冲压模具中应用可能需要进行重新计算。
必应翻译：
3.4更详细地审查了应付的工具磨损性能和寿命，在整个过程中的接触压力最大imum的演变的接触压力峰值significance.最大接触压力演化。
震级和最大的接触压力模半径位置获得在模拟（图5）中的每个增量。
在这张图表，明显过程瞬态和稳态区域内独特的存在。
谷歌翻译：
在整个稳态阶段，瞬间最大接触压力约为常数的大小和位置。
XX翻译：
在整个稳态相位，瞬时最大接触压力大约是不断在规模和地点。
要确定一个单一的价值的稳态峰值接触压力（psteady），平均值的瞬时最大接触压力在80–90%冲床中风决心（即40至45毫米的旅行）。
这一地区被选定为它提供了一个地区稳定的接触压力，可始终对所有的有限元模型研究中的参数研究（见5节）。
使用这种方法，psteady决定为499兆帕，发生在5.5◦沿模半径。
必应翻译：
在整个稳态阶段，瞬时最大接触压力是近似连续的大小和位置。
为了确定稳态峰值接触压力（Psteady）的单个值，平均值的瞬时最大接触压力拳描边的80-90%的区域（即确定4045mm的冲床旅行）。
这个地区被评为它提供稳定的接触压力，可始终用于所有铁检查模型在参数的区域研究（见第5段）。
使用此方法，Psteadywasdetermined为499MPa，沿模半径5.5◦在发生。
谷歌翻译：
在短暂的阶段最大的接触压力始终大于，高达2.5倍的稳态峰值压力。
XX翻译：
最大接触压力在短暂的阶段是始终大于，和高达2.5倍的稳态峰值压力。
表明，整体最大压力模具半径（最大）为1247兆帕，发生在一个角度58.5◦对死亡半径，在瞬间冲时，行驶了9毫米。
因此，整体最大压力大约是三倍的屈服强度和抗拉强度几乎两倍的空白材料。
一个典型的材料用于模具半径插在实验装置是一个二级钢冷作工具钢，与贸易sverker21名，生产工具[14,15]荷兰乌德霍姆。
这种材料是硬化60人权委员会，从而在压缩屈服强度为2150兆帕[19]，远远超过最大接触压力预测的有限元模型；因此有理由使用弹性材料模型的工具。
必应翻译：
在过渡阶段的最大接触压力是压力的一贯大比，和高达2.5倍的稳态最大。
如所示，模具半径（Pmax）的最大总压力是1247mpA，那一刻时冲走过9.0mm58.5◦模半径，角发生。
因此，整体最大压力大约是材料的三次屈服强度和几乎两倍的空白的抗拉强度。
用于模具半径插入实验设置中的典型材料是钢铁、Sverker21，制造的乌德霍姆工具-ing[14,15]的贸易名称AISID2级冷的工作工具。
这种材料被硬化HRC60，导致2150MPa[19]，远高于预测的有限元模型中；最大接触压力压屈服强度因此理由弹性材料模型使用的工具。
4.有限元模型的考虑事项
歌翻译：
在有限元模型的建设和发展，才能获得最终的解决方案很在意。
XX翻译：
多注意是在建设和发展的有限元模型，以便获得fi最终解决方案。
该模型发展过程包括有系统地审查许多
必应翻译：
太喜欢拍摄于有限元模型的发展与建设为了获得的final解决方案。
模型发展过程包括许多建模的投入，如刀具材料模型、工具网、相对网格大小在接口、接触互动definitions等系统考察。
碍于创意和可能的significance的给出的结果，这一节将突出一些重要建模功能考试-伊奈，以确保可以获得高度的信任中铁得到预期的结果。
必应翻译：
4.1.Influence的工具材料弹性工具通常是钣金的simplified作为刚体建模成形中的文学[17，20–23]中。
若要调查包括工具材料弹性接触压力分布的重要性，被建造另一个有限元模型；在工具机构作为分析刚性河畔-面，而不是离散的弹性机构是simplified。
这允许额外的复杂性的工具材料模型和关联的网格，可被忽略的influence。
空白网格密度的影响曾硬质工具模型中降低空白元素大小，直到一套西装-干练融合的解决方案取得的应力、应变、接触压力等。
由此产生的空白网格是finelydiscretized元边长度为表面0.0625mm。
因此，在日益增加的复杂性，还包括工具材料的弹性，基线刚性分析工具模拟和空白网格是可用于比较。
为了评估final弹性工具模型和simplified硬质工具模型的有效性，审查了另一种模式；在工具的弹性模量的增加了一个数量级以便能作出直接比较硬质工具的解决方案
XX翻译：
图6显示了接触压力的结果得到的弹性，解析刚性和弹性模型fi是僵硬的。
很明显，有良好的相关性之间的接触压力响应分析刚性和弹性模型，有-前提供某种程度的反对fi检查的结果。
此外，本次fi不能影响工具材料的弹性接触压力是显而易见的–分析刚性工具的解决方案over-predicts最大接触压力的30%，比弹性解。
因此可以得出结论，弹性模具应被视为在建模过程中，为了获得准确的接触压力响应。
必应翻译：
图6显示了弹性的抽搐，分析结果的接触压力刚性和artificially加筋弹性工具模型。
很明显有分析刚性和加筋弹性模型，影提供一定程度的信任，在结果中的接触压力反应之间的良好关系。
此外，对接触压力的工具材料弹性从而带来巨大的影响是明显——的刚性分析工具解决方案30.0%，相比的弹性解over-predicts联系人的最大压力。
因此可以断定的是模具的弹性应考虑在建模过程中，为了获得准确的接触压力的反应。
必应翻译：
4.2.相对的网格密度die–to–blank界面的弹性工具解决方案初步分析指出模半径预测的接触压力分布是敏感网refinement界面之间空白的水平和模半径。
特别是在面临的相互作用的河畔的空白元素边长模元边长度的比例了接触压力结果从而带来巨大的影响。
发现在接口die–to–blank元素边长的比率是大于或等于1，是否联系普-确保响应是飘忽不定。
尽管许多网refinements界面（增加达1600年%的元素的数量），同时保持此比例常数，模半径预测的接触压力分布才开始聚合到一个单一的解决方案。
谷歌翻译：
然而，当表示元素边长比例减少到不到一（即死亡半径元素边长比在顶面的空白元素边长较短）的接触压力的结果，发现少不稳定。
XX翻译：
然而，当表示单元边长的比率减少到少于一（即死亡半径侧长度短于单元边长的顶部表面的空白）的接触压力，结果被发现不稳定。
这种行为是在不同意推荐惯例；在主表面，一般来说，应德fi为与表面粗糙的网格为避免渗透到从表面
必应翻译：
不过，当声明的元素侧长度比例减少到小于1（即模半径元素边长是空白的元素侧长度在顶面比短）接触压力结果发现会较不稳定。
此推断是在不同意见与建议的公约；其中主表面，一般情况下，应defined作为与粗网格曲面以避免侵彻奴隶表面[17]。
基于大量的模拟，被开发网格c图1所示；确保final模拟而无需使用过大的计算资源产生适当融合的接触压力分布。
此网格、模元素边长模半径界面的空白元素边长度的比例为1:
2（见表2）。
XX翻译：
图7显示了稳态接触压力分布的三模拟不同模具–到–空白元素的长度比。
在这些模拟，空白和所有其他参数保持不变，而只有模具网是为了达到规定的元素的长度比。
高度不规则的接触压力分布预测使用一个元素的长度比大于团结是明显的在图7。
相反，它是发现，接触压力分布达到一个反面，似乎结果为较小的模具–到–空白元素的比例为1:
2。
比小于2的企图，但
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