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实验绪论
录入: 151admin 来源: 日期: 2007-10-21,15:34
用作冲压加工的各种金属板料,在加工成冲压件的过程中,往往经过各种成型加工。所以,关于板料成型性的研究,在国内外已经引起越来越大的注意。所谓冲压成型性能就是板料可成型能力的总称。冲压成型性在狭义的范围内,通常指有关破裂极限而言的材料性能。冲压件在成形过程中,不仅要求它不破裂,同时对它的表面质量和形状尺寸精度有一定的要求,并且随着技术的进步,对这二种要求越来越高。板料在成形过程中,一是由于皱曲而不能与模具完全贴合;另一方面因为回弹,而使冲压件偏离已成形的形状合尺寸。
本网站通过系列的成形实验,对板料几个方面的性能进行综合性的试验,实验主要采用模拟试验的方法,对试件进行满足相似条件下的几何模拟和受力模拟。其中不少实验已经规范化,已有国家标准。
冲压成型区域划分
     
生产中常将圆柱形凸模胀形、伸长类翻边(包括扩孔)、拉深以及弯曲视为四种最典型、最常用的冲压成形方式。而一些比较复杂的冲压成形方式经常可视为它们之中的两个或两个以上的复合。
圆柱形和半球形零件是比较简单的冲压形状,这是将胀形、扩孔、拉深以及弯曲视为典型冲压成形方式的原因之一。但更重要的是它们之间可用一定的参数概括起来,随着参数的改变,成形方式也会发生变化。
如果在凸模直径为dp拉深模上,逐渐增大毛坯直径D进行冲压,只要dp/D不小于极限拉深系数,毛坯就能拉深成直壁圆筒,并且D越大,圆筒越高,同时冲压力也随着增大。一旦毛坯直径D使dp/D小于极限拉深系数,冲压力就会超过筒壁强度,导致零件破裂,导致材料不能完全进入凹模,成形高度骤然下降,此时的零件成为一个带法兰的圆筒。筒壁的形成一方面高毛坯直径收缩向凹模内流动,另一方面还靠凸模下面的材料在双向拉应力作用下的厚度变薄和表面积增大,从而使成形方式由单纯的拉深转变成为“拉深-胀形”复合方式。进一步增大D,使dp/D小于一定数值,则毛坯的成形方式将发生质变。此时,由于凹模孔以外的毛坯法兰宽度比凸模直径dp大得多,冲压时凸模很难把它们拉入凹模,即法兰直径不再收缩,毛坯的主要变形区由法兰处转移到中部,变形范围基本上控制在凹模园角以内,变形区材料受单向或双向拉应力作用,零件成形完全依靠变形区材料的厚度减薄和表面积增大来实现,成形后零件外缘直径仍等于D,但中间出现一个凸包,所以零件已由拉深完全转变成为胀形。
类似上述情况,采用直径为D,但中间带一个圆孔的环形毛坯进行冲压,由于破坏形式不同,成形方式将随着参数dθ/dp改变而发生变化。
由上述可知,用圆柱凸模冲压成形时,成形方式与几何参数dp/D和dθ/dp有关,若用dθ/dp作横坐标,dp/D作纵坐标,即可得到回转对称形状成形时的冲压成形区域图。根据dp/D和dθ/dp的变化,该部分图形划分为,δ-拉深成形区;α-胀形成形区;β-扩孔区;γ-圆孔翻边区;其中β和γ共同组成伸长类翻边区。
生产中除回转对称形状的零件外,更多的是非对称形状的零件。冲压非对称形状零件时,变形最剧烈且最容易发生破裂的部位往往是零件侧壁的拐角处。如果把这些转角部位视为局部轴对称区域,并用该部位的变形性质代表整个零件的成形方式,则转角θ成为有一个影响成形方式的几何因素,特别时θ=0时,成形方式转变成为弯曲,从而可将四种典型成形方式用参数dp/D、dθ/dp和θ联系在一起。
板料的冲压成形性能
    板料对各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成形性能。具体地说,就是指能否用简便地工艺方法,高效率地用坯料生产出优质冲压件。冲压成形性能是个综合性的概念,它涉及到的因素很多,其中有两个主要方面:一方面是成形极限,希望尽可能减少成形工序;另一方面是要保证冲压 件质量 符合设计要求。下面分别讨论。
(一)成形极限
    在冲压成形中,材料的最大变形极限称为成形极限。对不同的成形工序,成形极限应采用不同的极限变形系数来表示。例如弯曲工序的最小相对弯曲半径、拉深工序的极限拉深系数等等。这些极限变形系数可以在各种冲压手册中查到,也可通过实验求得。
    依据什么来确定极限变形系数呢?这要看影响成形过程正常进行的因素是哪些。冲压成形时外力可以直接作用在毛坯的变形区(例如胀形),也可以通过非变形区,包括已变形区(例如拉深)和待变形区(例如缩口、扩口等),将变形力传给变形区。因此,影响成形过程正常进行的因素,可能发生在变形区,也可能发生在非变形区。归纳起来,大致有下述几种情况:
    1.属于变形区的问题
     伸长类变形一般是因为拉应力过大,材料过度变薄,局部失稳而产生断裂,如 胀形、翻孔、扩口 和弯曲外区等的拉裂。压缩类变形一般是因为压应力过大,超过了板材的临界应力,使板材丧失稳定性而产生起皱,如缩口、 无压边圈拉深 等的起皱。
    2.属于非变形区的问题
    传力区 承载能力不够:非变形区 作为传力区时 ,往往由于变形力超过了 该传力区 的承载能力而使变形过程无法继续进行。也分为两种情况:
    1)拉裂或过度变薄;例如拉深是利用已变形区作为拉力的传为区,若变形力超过已变形区的抗拉能力,就会在该区内发生拉裂或局部严重变薄而使工件报废。
    2)失稳或 塑性镦粗 : 例如扩口和 缩口工序是利用待变形区作为压力的 传力区 ,若变形力超过了管坯的承载能力,待变形区就会因失稳而压屈,或者发生 塑性镦粗变形 。
    非传力区 在内应力作用 下破坏 :非变形 区不是传力 区时,由于变形过程中金属流动的不均匀性,也可能产生过大的内应力而使之破坏。根据发生问题的部位不同,可分为:
    1)待变形区拉裂或起皱:例如 在盒形件 的后续拉深工序中,待变形区金属流入变形区的速度不一致,靠直边部分流入速度快,角部金属流入速度慢。在这两部分金属的相互影响下,直边部分容易发生拉裂,角部则 容易沿高度 方向压屈起皱。
    2)已变形区拉裂或起皱:如薄壁 件反挤 时,若金属从变形区流到已变形区的速度不均匀, 则速度 快的 部位易因受 附加压应力而起皱,速度慢的部位易受附加拉应力的作用而开裂。
    综上所述,不论是伸长 类还是 压缩类变形,不论问题发生在变形区还是非变形区,其失稳形式无非两种类型: 受拉部位 发生缩颈断裂,受压部位发生压屈起皱。为了提高冲压成形极限,从材料方面来看,就必须提高板材的塑性指标和增强抗拉、抗压的能力。
(二)成形质量
    冲压零件不但要求具有所需形状,还必须保证产品质量。冲压件的质量指标主要是厚度变薄率、尺寸精度、表面质量以及成形 后材料 的物理力学性能等。
    金属在塑性变形中体积不变。因此,在伸长类变形时,板厚都要变薄,它会直接影响到冲压件的强度,故对强度有要求的冲压 件往往 要限制其最大变薄率。
    影响冲压件尺寸和形状精度的主要原因是回弹与畸变。由于在塑性变形的同时总伴随着弹性变形,卸载后会出现回弹现象,导致尺寸及形状精度的降低。冲压件的表面质量主要是指成形过程中引起的擦伤。产生擦伤的原因除冲模间隙不合理或不均匀、模具表面粗糙外,往往还由于材料粘附模具所致。例如不锈钢拉深就很容易有此问题。
 


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