淺談板材機(jī)械性能參數(shù)對錐形件拉深成型的影響

孫文程

摘 要：拉深成型是通過模具對板料施加復(fù)雜的外力，引發(fā)板內(nèi)出現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，促使板料產(chǎn)生理想方向的流動(dòng)。在拉深成型過程中，需要安裝壓邊裝置產(chǎn)生摩擦抗力，以增加板料中的拉應(yīng)力，控制材料的流動(dòng)，避免起皺。壓邊力的大小是板材拉深成型中的重要工藝參數(shù)和控制手段。傳統(tǒng)的板材拉深成型方式往往通過單動(dòng)壓力機(jī)的彈性壓邊圈和雙動(dòng)壓力機(jī)的固定壓邊圈來產(chǎn)生拉深成型所需的壓邊力。在圓錐形工件的拉深成型模擬過程中，在模具的幾何形狀和大小、形變限制（像壓邊力大小，沖頭速度快慢、摩擦因數(shù)大?。┐_定的時(shí)候，坯料成型性能和材料的參數(shù)有很大的關(guān)系，通常，坯料的主要模擬參數(shù)有，彈性模量、泊松比、硬化系數(shù)、強(qiáng)度系數(shù)、厚向異性系數(shù)、以及材料的厚度等。坯料模擬的參數(shù)不同，圓錐形件拉深成型時(shí)所出現(xiàn)缺陷的位置和類型就不一樣。所以，為了研究這些模擬參數(shù)對成型結(jié)果的影響，本文選取其中一些主要參數(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：錐形件；拉深成型；材料力學(xué)

我們通過在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中的實(shí)例分析，在圓錐形工件的拉深成型模擬過程中，在模具的幾何形狀和大小、形變限制（像壓邊力大小，沖頭速度快慢、摩擦因數(shù)大?。┐_定的時(shí)候，坯料成型性能和材料的參數(shù)有很大的關(guān)系，通常，坯料的主要模擬參數(shù)有，彈性模量、泊松比、硬化系數(shù)、強(qiáng)度系數(shù)、厚向異性系數(shù)、以及材料的厚度等。坯料模擬的參數(shù)不同，圓錐形件拉深成型時(shí)所出現(xiàn)缺陷的位置和類型就不一樣。其中起重要影響作用的因素主要有以下四點(diǎn)：

一、應(yīng)變硬化指數(shù)n

硬化系數(shù)就是真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的n值，其物理意義是材料均勻形變的能力。n值大的材料不容易產(chǎn)生分散失穩(wěn)，材料應(yīng)變強(qiáng)化的能力強(qiáng)，n的另一個(gè)物理意義是整個(gè)形變區(qū)域上的應(yīng)變分布均勻性。

當(dāng)取r=0.28，且其他參數(shù)不變的情況下，依次取n=0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35共7個(gè)值進(jìn)行分析，根據(jù)模擬計(jì)算得到的工件最后最小和最大壁厚值。如圖所示曲線

經(jīng)分析得：隨著n值的增大在0.25之前時(shí)，工件的最小壁厚減薄量和最大壁厚增厚量一起減小，但是它的壁厚的減薄量和增厚量的增長速度比較慢，可以說在坯料在拉深成型的過程中，n值的影響比較小，所以在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，n值的影響很小。一般來說，材料的n值大，成型工件厚度分布更均勻，表面質(zhì)量更好，應(yīng)變均勻性越強(qiáng)，危險(xiǎn)的承載能力變的更強(qiáng)。n值增大的時(shí)候，應(yīng)變強(qiáng)化更加顯著，所以在沖壓的過程中就更有利于增大形變區(qū)，更能使縮頸進(jìn)入的慢一些，使材料的成型性能更好。

二、厚向異性指數(shù)r

厚向異性系數(shù)反映出應(yīng)變與厚度方向應(yīng)變的比值，各向異性系數(shù)越大，表明板料越不易在厚度方向發(fā)生形變，也就是說更加不容易變薄或者變厚。

當(dāng)取n= 0.23，并且其他參數(shù)不變的情況下，依次取1、1.175、1.35、1.4、1.475、1.587、1.645、1.675共8個(gè)值進(jìn)行分析，根據(jù)模擬得到的工件最終最小壁厚和最大壁厚值做出曲線，如圖所示。

通過曲線圖可以看得出來，r值變大，工件最小壁厚的減薄量和最大壁厚的增厚量都減小。當(dāng)r從1.0繼續(xù)增加時(shí)，工件的最小和最大壁厚的變化變得平緩。由此可以知道：當(dāng)材料r=1時(shí)，為厚向同性的材料；當(dāng)r>1時(shí)，板材的寬度方向比厚度方向形變更容易。r值繼續(xù)增大，板材更加不容易在板材的厚度方向發(fā)生形變，也就是說越不容易變薄或增厚；相反，r值變小時(shí)，更容易在板材的厚度方向發(fā)生變薄或者增厚。所以，如果增大r值，就使板材更容易在板材的寬度方向發(fā)生形變，就可以減少起皺，有利于拉深的進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。同樣，材料r值越大，材料受拉深時(shí)，厚度不易減薄，所以也不容易產(chǎn)生拉裂。

三、屈服強(qiáng)度σs

屈服強(qiáng)度：是金屬材料發(fā)生屈服行為的屈服極限，也就是說，抗微塑性變形的金屬材料沒有明顯屈服應(yīng)力的，提供0.2%的殘余變形的屈服極限應(yīng)力值，稱為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度σs越小時(shí)，材料更加易屈服，抵抗變形的能力變小，成型后回彈少，并且不容易拉裂與起皺，貼膜性和定形性能比較好。

屈服強(qiáng)度對工件的表面質(zhì)量有所波及，如果材料拉深曲線不是連續(xù)的，那么在屈服階段就會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階，臺(tái)階長度叫做屈服伸長δy，

如果板材的屈服伸長δy相對較大，產(chǎn)生伸長變形之后，工件的表面會(huì)出現(xiàn)滑移線的痕跡，它會(huì)導(dǎo)致工件出現(xiàn)表面不光滑。就會(huì)給后續(xù)的工序帶來難度。

屈強(qiáng)比 σs /σb

屈強(qiáng)比σs /σb較小的時(shí)候，由于板材從屈服階段到拉裂的塑性形變階段增長，則更有利于沖壓變形。如果鋼板的屈服強(qiáng)度σs很小的時(shí)候拉深，切向應(yīng)力的變形很小，相應(yīng)的材料起皺的傾向也慢了下來。因此為了預(yù)防起皺，對應(yīng)的的壓邊力大小和摩擦力大小都應(yīng)該降低，這對于提高拉深極限形變程度和抗破裂性都有好處。在很多標(biāo)準(zhǔn)中，都對沖壓所用材料的屈強(qiáng)比有要求。

四、延伸率δ

在進(jìn)行單向拉深試驗(yàn)時(shí)，試樣在出現(xiàn)頸縮之前的延伸率叫做均勻延伸率δu；在試樣拉斷之前（包括δu）的延伸率叫做總延伸率δt。一般來說，δu和δt大，板材允許塑性形變程度也越大，抗破裂性能也更好。

綜上所述，通過調(diào)整以上參數(shù)，可以有效的防止錐形件在拉深過程中產(chǎn)生的一系列缺陷及質(zhì)量問題。更好的使工件成型的同時(shí)大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。參考文獻(xiàn)

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