论文总字数：15405字

摘 要

本文通过对订书钉在不同凹槽下变形的过程模拟，探究不同订书钉的受力变形特点和不同凹槽引导下的变形特点，在验证弹塑性模型的同时验证Mises准则，并针对变形中暴露的缺点优化当前设计。利用ABAQUS有限元软件，对不同订书钉与凹槽搭配下的最大应力与塑性应变进行分析总结找出各自特点。得出结果：尖角钉比平角钉更费力，外凹槽比内凹槽更费力。针对现有缺陷进行改进，在储钉槽前部加装滑块装置，通过模拟，为订书钉下压中提供内部支撑的滑块可以提高订书钉的订书厚度，降低订书失败几率。

关键词：冲压成型 弹塑性大变形 有限元分析

Abstract

This paper explored the stress deformation characteristics of different staples and the deformation characteristics under different grooves .Through the simulation of the deformation process of staples under different grooves, then verified the Mises criterion and the elastic-plastic model, meanwhile optimized the current design for the defects exposed in the deformation. Using ABAQUS finite element software, the maximum stress and plastic strain of different staples in different grooves were analyzed and summarized to find out their respective characteristics. The results are as follows: the sharp nail is more laborious than the flat one, and the outer groove is more laborious than the inner groove. In order to improve the existing defects, a sliding block device is installed in front of the nail-storage slot. Through simulation, the sliding block that provides internal support for the staples in the pressing can improve the staple book thickness and reduce the failure probability when booking

Key words: stamping forming; elastic-plastic deformation; finite element analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

引言 1

第一章 理论分析 2

1.1订书针形变过程的理论分析 2

1.2订书钉的弯曲应力—应变分析 2

1.3强度理论 2

1.4本构关系 3

1.5显式计算理论基础： 4

第二章 模型建立 5

2.1 ABAQUS平台 5

2.2建模 5

2.3网格划分及单元选择 9

第三章 形变过程模拟 12

3.1条件设置 12

3.2模拟结果： 13

3.3数据对比 16

3.3.1内外凹槽对比 16

3.3.2内外凹槽数据结果讨论 18

3.3.3尖角钉-平角钉在沿内凹槽变形时各数据对比 19

3.3.4尖角钉与平角钉在对纸的穿透能力的区别 22

3.3.5不同订书钉与凹槽的特点讨论 22

3.4尖角钉与平角钉制作难度的区别 22

3.5总结 23

第四章 寻找影响形变过程的因素 24

4.1尖端部分 24

4.2变形程度讨论 24

第五章 订书钉变形失败的原因探究及针对优化 25

5.1订书失败原因探究 25

5.2储钉槽的优化改进 25

5.3订书针的改进 26

第六章 结论与讨论 28

参考文献 30

引言

在现代工业等制造业中，生产零部件时，常使用冲压成型技术。冲压成型技术是指利用凹模与冲头之间的挤压力使板料产生塑性变形而获得具有一定形状的成型方法。由于其具有效率高，尺寸一致性高，材料利用率高等优点，在工业生产被广泛应用。^[1]

冲压技术大致分为冷冲压与热冲压技术，在冲压过程中，涉及物体的弹塑性，热传导，动力响应，屈曲稳定性，刚度，以及结构强的的分析和计算。^[2]热冲压过程中，材料会发生塑性变形，强烈的温度下降和相变，其中涉及温度场及热力耦合的分析相对更为复杂^[3]。在生活中，一个常用的办公用品—订书机，其工作过程可以视为对订书针的冷冲压成型。通过研究订书针的弹塑性形变问题，可以一窥冲压技术的主要特点。通过对订书针的变形研究，对比不同订书针与凹槽的变形特点，总结出不同订书钉适合的使用场景，分析出订书针错误弯折导致变形失败的原因，并针对性的改进，进而提高订书成功率并改善使用体验。

第一章 理论分析

1.1订书针形变过程的理论分析

订书机在工作过程中，订书针在压板的按压之下，往下运动，在储钉槽与凹槽的限制中，发生特定位移，储钉槽与凹槽在这一过程中限制了订书针尾部横梁的所有方向位移，在订书针钉出的过程中，只限制了转角位移，订书针在压板的按压下，沿着凹槽发生形变，形变完成后，订书针尾部卡住书籍，完成订书的过程。

整个模型主要参与工作的部件只有，压板，订书钉，储钉槽，凹槽。^[4]订书机本身通过杠杆结构，将沿订书机尾部的圆周运动，在较小的工作位移中转化为垂直运动，保证了订书机的正常工作。

在这整个工作过程中，发生较大形变的只有订书针，压板只提供压力，即使发生 形变也是极其微小的可以忽略不计，凹槽只提供改变订书钉位移方向的作用，也未发生较大形变，储钉槽只提供限制订书针与压板自由度的作用，未参与受力与形变的过程。在整个过程中，着重需要讨论的是订书钉的变形过程。

1.2订书钉的弯曲应力—应变分析

订书钉的弯曲变形区的主应力和主应变的方向包括：径向（沿订书针针脚方向），切向（订书钉厚度方向），宽度方向。

设切向为(σ_θ、ε_θ)、 宽度方向 (σ_b、ε_b)，径向 (σ_ρ、ε_ρ)。订书钉弯曲时，只承受径向应力σ_ρ和切向应力σ_θ主要发生径向和切向的应变，宽度方向的可以忽略，所以σ_b=0^[5]。

1.3强度理论

Mises屈服条件，即第四强度理论或畸变能密度准则，其认为，无论材料处于什么应力状态，只要发生屈服（或剪断），其共同原因都是由于微元内的畸变能密度达到了极值，Mises能很好的描述低碳钢此类合金材料的屈服状态。^[6]

请支付后下载全文，论文总字数：15405字