第六章 冲压成形性能与成形极限6

第六章板料冲压成形性能与成形极限一、概述二、冲压成形区域与成形性能的划分三、冲压成形性能实验方法与指标四、塑性拉伸失稳与失稳极限应变五、板料的基本性能与冲压成形的关系六、成形极限图及其应用总结一、概述冲压成形性能——板料对冲压工艺的适应能力。弯曲性能、扩孔性能、拉深性能、胀形性能、拉深-胀形复合性能。成形极限——板料发生拉伸失稳（颈缩破裂）或压缩失稳（起皱）之前达到的最大变形程度。成形极限：总体成形极限局部成形极限总体成形极限——反映材料失稳前某些特定总体尺寸可能达到的最大变形程度。可作为设计依据：胀形高度h、翻边系数:局部成形极限——反映失稳前局部尺寸可能达到的最大变形程度。如成形时的局部极限应变（成形极限图）。不可作为设计依据。Ddm10ddK目录二、冲压成形区域与成形性能的划分１．冲压成形区域划分典型成形方式：圆柱形凸模胀形、伸长类翻边（扩孔）拉深、弯曲。复杂件视为四种变形的组合同一副模具做实验，坯料几何参数变化，变形方式可能发生变化。⑴ｄp一定，Ｄ毛↑，拉深难度↑。Ｄ↑增大，变形程度增加，阻力↑。底部胀形成分增加，Ｄ↑↑，不能进料，属于完全胀形。拉深——拉深胀形——胀形教图6-3⑵变化，成形方式不同教图6-4很小，胀形，孔扩不开，胀形高度有限较小，扩孔，高度有所增加较大，翻边poddpdd0pdd0pdd0实验显示：通过几何参数变化，划分出冲压成形区域图。教图1-26分析几何条件对冲压成形工艺的影响在右上360o的区域里，随do的增加，扩孔的趋势增加，拉深的难度增加，极限提高。要达到某种成形工艺的实现，就必须给定一定的条件来,使要实现的变形方式所需的力最小。如窄凸缘件要进行翻边，就要加大压边力，造成要实现的翻边变形所需的力最小。教图7-12２．冲压成形性能的划分毛坯和模具几何条件划分了四种冲压成形区域。区域之间的分界线------不同成形方式的成形极限。成形区域图划分了板料成形性能教图6-7板料在不同成形区域，具有不同的抗破裂性。四种成形方式有三种是破裂。α破裂——板料所受的拉应力超过板料强度极限所引起的破裂。拉深，传力区；胀形，变形区。β破裂——板料的伸长变形超过材料的局部延伸率，引起的破裂。伸长类翻边弯曲破裂——弯曲变形区的外层金属中拉应力过大引起的破裂。⑴拉深成形性能：抵抗α破裂的能力。与变形区和传力区变形程度有关。⑵胀形成形性能：抵抗α破裂的能力。与变形区变形程度有关。⑶扩孔成形性能：抵抗β破裂的能力。伸长类翻边⑷弯曲成形性能：抵抗弯曲破裂的能力。书表1-3、1-4教图6-7目录三、冲压成形性能实验方法与指标一般采用实物模拟实验方法标准１．胀形成形性能实验书图1-31杯突实验书291页IE值作为胀形性能的指标，IE↑,性能↑２．扩孔成形性能实验图1-35、1-36书295页圆柱形平底凸模扩孔实验扩孔率作为扩孔性能的指标:do—预冲孔df—孔缘破裂时的孔径平均值λ↑，扩孔性能越好%10000dddf3.拉深成形性能实验圆柱形平底凸模冲杯实验书289页凸模用φ50逐级↑D，测不被拉裂的最大毛坯直径D极限拉深比:LDR作为拉深成形性能指标。4.弯曲成形性能压弯法折叠弯曲逐级减小凸模R，测试样外层金属材料不产生裂纹的最小弯曲半径。最小相对弯曲半径＝rpf——可见最外层裂纹的rp△rp=1mm↓弯曲性能越好ppfrrr△minotrminotrminpDRdDLmax5.“拉深——胀形”复合成形性能实验如汽车覆盖件锥杯实验书292页实验值ccv↑,拉深——胀形性能越好。2/)(minmaxccDDccv目录四、塑性拉伸失稳与失稳极限应变1.塑性拉伸失稳——板料冲压成形时，受拉应力部分容易产生颈缩和破裂，这种现象称为塑性拉伸失稳。2.塑性拉伸失稳伸发生在伸长类应变条件下，伸长类应变范围用主应变图表示：教图1-45设定：板厚方向应力为零，σ3＝0；板料成形属于平面应力状态；两个应变是独立的，ε1、ε2ε1——伸长应变（较大值）ε2——伸长应变（较小值）或压缩应变根据体积不变ε3=-(ε1+ε3)ε1、ε2、ε3与零件几何方向无关，只认主应变方向又设：应力比应变比表示应变路径12δδ1212三种特殊情况：等双拉：右边缘线ε1=ε2σ1=σ2ε3=-(ε1+ε2)α=1β=112εεβ单向拉伸：左边缘线α=0β=0.5单向σ1拉α=0＝σ2/σ1,σ2为零，＝-0.5＋ε1、-ε2ε3=-(ε1+ε3)主应变路径-1/2≤β≤1平面应变：Y轴线α=0.5β=0ε1拉ε3压ε2为零目录五、板料的基本性能与冲压成形的关系1.屈服极限σsσs↓贴模性和定形性好2.屈服比σs/σbσs/σb↓，屈服到破裂阶段时间长，抗破裂性能好。σs/σb↓，杯突值IE↑,胀形性、抗裂性能（α）好。σs/σb↓，回弹s↓，定形性好。3.延伸率均匀延伸率δu：试样出现颈缩之前的延伸率。总延伸率δt：试样拉断之前的延伸率（包括δu）δu、δt↑，允许的变形程度↑，抗破裂性好（β），扩孔拉深——胀形性好。δu↑，胀形性能↑4.应变硬化指数nn↑，硬化速度↑，应变分布均匀，提高板料成形时的总体成形极限。在以胀形为主的成形工艺中，n↑好；在胀形和拉深成分相差不多的，n和R同时影响成形性能。5.塑性应变比R单向拉伸试样的宽度应变和厚度应变的比值对数应变，为真实应变，适用金属塑性成形的大变形问题。ootbttbbRlnlnεε体积不变：εa+εb+ευ=0εt=-(εa+εb)R可称板料的塑性厚向异性参数板料的各个方向存在异性，其程度用加权平均值表示：↑，平面方向易变形，不易起皱，拉深力小，传力区不易裂，利于拉深成形，LDR↑，m↓。)2(4190450RRRR)2(4190450RRRRlbblbbbllbbbbbttbbRoooooooootblnlnlnlnln(lnlnεε6.凸耳参数△R原因：材料塑性的各向异性低R值角度方向，板料变厚，筒壁高度低。高R值角度方向，板料厚度基本不变，筒壁高度较高。各个方向差值△R＝1/2*(Ro+R90)-R45凸耳的大小与位置与△R有关△R0凸耳在0o和90o出现△R0凸耳在＋45o处出现△R过大，高R值对极限拉深比（LDR）的影响抵消。7.晶粒度NN——单位截面上的晶粒数N为六级较合适8.表面粗糙度有适当的粗糙度容纳润滑剂9.夹杂物和偏析各处性能不均，对成形不利。10.应变速率敏感系数m单向拉伸过程中变形抗力的增长率和应变速率的比值目录六、成形极限图及其应用主应变图划分了伸长类应变范围；塑性拉伸失稳只发生在伸长类应变的条件下；任一路径上有破裂区、安全区、成形极限区；对某种材料通过反复改变条件做实验，可在任一路径上找到临界破裂区，把实验数据连起来，就成为某种材料的成形极限图。总体成形性能或成形极限不能反映某一局部危险区的成形极限。成形极限图能反映。塑性拉伸失稳只发生在伸长类应变的条件下，局部成形极限图也在－1/2应变路径范围内。1β制成形极限图的方法：首先试样表面复制表格圆，可用制版法、光刻法、腐蚀法复制。查标准，凸模直径用100mm，网格圆直径为2～2.5。用球头凸模做拉深或胀形实验，方法是改变进料阻力或试样宽度以获得不同路径下的极限应变值。教图1-44成形极限图，左半图用拉深方法，一拉一压制作。右半图用胀形方法，双拉，长方块，一边力大，一边力小。初次模拟成形初次模拟成形油箱优化前成形终止时FLD图优化后成形终止时FLD图冲压试样破裂后，测量破裂部位或其附近的网格，图1-43测出应变值绘制出来。圆变形的长、短轴尺寸，与产品的方向无关，有三种情况。图1-43临界基准网格圆测畸变形圆：测量显微镜，投影仪，专用检测装置(德国60万元\美国50万元\北航20万元,见网格应变测试附件)，也可用软胶片制作的应变比例。计算各网格圆变形：应变分析网格法工程应变：真实应变：各点应变值绘制成为成形极限图。%1000011ddde%1000022ddde)1ln(ln1011eddε)1ln(ln2022eddε当某路径β＝某一常数，在该直线上可找到成形应变值，极限应变值，拉裂的应变值。=成形极限图（FormingLimitDiagrams，缩写FLD）：是板料在不同应变路径下的局部失稳极限应变е1和е2（工程应变）或ε1和ε2（真实应变）构成的条带形区域或曲线，它全面反映了板料在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限。成形极限图应用（1）分析解决模具缺陷问题熨斗盖教图6-43、教图6-44、教图6-45高度在3/4时，该处应变急剧增加，检查是凸模有手感凸起；修磨凸点后，该处没有破裂，但仍然处于极限边缘，大批量生产有问题图中A点；落在成形极限图的临界区A点；现场可控因素有：模具圆角、毛坯尺寸、润滑状态、压边力。再次修改拉深凹模圆角，增大凹模圆角R，该处为图中B点，落在成形极限图的安全区B点；再将毛坯前端适当修窄减小进料阻力，利于材料流入，如图所示；该处落在成形极限图的安全区C点。可进行大批量生产。（2）分析制定冲压工艺规程洗衣机顶板教图6-48方案1：落料—拉深—冲孔—翻边B点有破裂趋势，说明凸缘宽，流动阻力大。方案2：落料—冲孔—拉深—翻边孔边缘A点有拉裂趋势，说明材料从内向外流动阻力大而使扩孔变形量太大所造成。方案3：落料—冲孔（比方案2孔小一点）—拉深—翻边A点进入了安全区成形极限图作用：1.分析冲压件破裂危险点位置；2.为消除破裂指出应采取的工艺对策；3.进行冲压件成形的极限设计；4.选择冲压件的允许最大变形值，以保证大量生产中的稳定性。附:高强度板的零件分析小结：1.板料的成形性能及实验方法。2.板料的冲压成形区域及影响因素，各个区域在一定的条件下可以转化，即成形方式可以改变。区域界限就是成形极限。3.塑性拉伸失稳只发生在伸长类应变条件下，应变路径为－1/2。4.板料的基本性能与冲压成形性能的关系。5.整体成形极限；局部成形极限的作用；成形极限图及其应用。参考书：汪大年《金属塑性成形》教材《金属及热处理》1β返回