板材成形性實驗

1、板料成形性能測試實驗西 北 工 業(yè) 大 學i. 基本知識概述一、 成形極限圖沖壓成形性能：板料對沖壓成形工藝的適應能力。全面地講，板料的沖壓成形性能包括抗破裂性、貼模性和定形性，故影響因素很多，如材料性能、零件和沖模的幾何形狀與尺寸，變形條件（變形速度、壓邊力、摩擦和溫度等）以及沖壓設備性能和操作水平等。板料的貼模性指板料在沖壓過程中取得模具形狀的能力，定形性指零件脫模后保持其在模內既得形狀的能力。影響貼模性的因素很多，成形過程中發(fā)生的內皺、翹曲、塌陷和鼓起等幾何面缺陷會使貼模性降低。影響定形性的諸因素中，回彈是最主要的因素，零件脫模后，常因回彈大而產生較大的形狀誤差。板料的貼模和定形性好壞與

2、否，是決定零件形狀尺寸精確度的重要因素。目前的沖壓生產和板料生產中，仍主要用抗破裂性作為評定板料沖壓成形性能的指標。失穩(wěn)：板料在成形過程中會出現(xiàn)兩種失穩(wěn)現(xiàn)象，即拉伸失穩(wěn)和壓縮失穩(wěn)。拉伸失穩(wěn)是板料在拉應力作用下局部出現(xiàn)頸縮或破裂；壓縮失穩(wěn)是板料在壓應力作用下出現(xiàn)皺紋。成形極限：板料在失穩(wěn)前可以達到的最大變形程度。成形極限分為總體成形極限和局部成形極限。總體成形極限反映板料失穩(wěn)前某些特定的總體尺寸可以達到的最大變形程度，如極限拉深系數(shù)、極限脹形高度和極限翻邊系數(shù)等均屬于總體成形極限?？傮w成形極限常用作工藝設計參數(shù)。局部成形極限反映板料失穩(wěn)前局部尺寸可以達到的最大變形程度，如成形時的局部極限應變即屬

3、于局部成形極限。成形極限圖（forming limit diagrams,縮寫fld）是60年代中期由keeler和goodwin等人提出的。成形極限圖（fld）是板料在不同應變路徑下的局部失穩(wěn)極限和（工程應變）或和（真實應變）構成的條帶形區(qū)域或曲線，它全面反映了板料在單向和雙向拉應力作用下的局部成形極限。成形極限圖（fld）的提出，為定性和定量研究板料的局部成形性能奠定了基礎。在此之前，板料的各種成形性能指標或成形極限大多以試樣的某些總體尺寸變化到某種程度（如發(fā)生破裂）而確定。這些總體成形性能指標或成形極限不能反映板料上某一局部危險區(qū)的變形情況。成形極限曲線將整個圖形分成如1所示的三部分：安

4、全區(qū)、破裂區(qū)及臨界區(qū)。圖1 成形極限圖成形極限圖既可在實際沖壓生產中積累數(shù)據(jù)確定，也可通過實驗方法確定。實驗時，首先在試件表面復制網(wǎng)格圓圖案 （圖2），然后沖壓試件直到破裂，測量破裂部位或其附近的網(wǎng)格圓變形后的長、短軸尺寸（圖3），計算失穩(wěn)極限應變。圖2 網(wǎng)格圓圖案網(wǎng)格圓畸變出現(xiàn)的三種情況：圖3 網(wǎng)格圓畸變失穩(wěn)極限應變的計算方法：工程應變： 真實應變：式中： 網(wǎng)格圓初始直徑； 網(wǎng)格圓畸變后的長軸尺寸； 網(wǎng)格圓畸變后的短軸尺寸；從成形極限圖所在主應變平面的原點引一條直線與其相交，交點坐標就是板料在該直線代表的應變路徑下（=某一常數(shù)）所能達到的失穩(wěn)極限應變。板料的沖壓成形性能與成形極限的關系：在不

5、同的成形方式下，需要用不同的參數(shù)表示與該成形方式對應的成形極限；板料的沖壓成形性能越好，成形極限越高。成形極限圖的應用成形極限圖可以用來評價板料的局部成形性能，成形極限圖的應變水平越高，板料的局部成形性能越好。將成形極限圖與應變分析的網(wǎng)格法結合起來，可用來分析解決許多現(xiàn)場生產問題。成形極限圖可以在沖壓成形工藝的計算機輔助設計中應用，利用它判別工藝制定是否合理，使沖壓技術向更高水平發(fā)展。二、 脹形試驗簡介實際應用的成形極限圖是通過實驗方法確定的，試驗常采用脹形法進行。脹形：利用模具強迫板料厚度減薄和表面積增大，以獲取零件幾何形狀的沖壓加工方法。脹形可以用不同的方法實現(xiàn)，如剛模脹形、橡皮脹形和液壓

6、脹形。純脹形時，毛坯被帶有拉深筋的壓邊圈壓死，變形區(qū)限制在拉深筋以內的毛坯中部。在凸模力的作用下，變形區(qū)大部分材料受雙向拉應力作用（忽略板厚方向的應力），沿切向和徑向產生拉伸變形，是板料的厚度減薄，表面積增大，并在凸模內形成一個凸包。圖4 脹形成形 圖5 脹形時的應力和應變脹形成形極限：脹形成形極限以零件是否發(fā)生破裂來判斷。由于脹形方法不同，成形極限的表示方法也不同。純脹形時，常用成形高度表示成形極限。一般來說，脹形破裂總是發(fā)生在材料厚度減薄最大的部位，所以變形區(qū)的應變分布式影響脹形成形極限的重要因素。影響脹形成形極限的材料因素主要是延伸率和應變硬化指數(shù)。一般來說，延伸率大，板料破裂前允許的變

7、形程度大，成形極限也大。應變硬化指數(shù)n值大，應變硬化能力強，可促使應變分布趨于均勻化，同時還能提高材料的局部應變能力，故成形極限也大。另外，潤滑條件和變形速度以及材料厚度對脹形成形極限也有影響。ii. 實驗一、 實驗目的：1. 通過與單向拉伸試驗比較，對復雜應力、應變狀態(tài)有一定的認識。2. 通過印制網(wǎng)格，運用液壓脹形工藝，利用工程顯微鏡或數(shù)碼照相進行應變測試，尋找該材料成形極限，并且繪制成形極限圖，驗證該材料的成形范圍。3. 對液壓機有一定的認識。二、 實驗材料、使用工具及儀器設備1. 材料：厚度為1mm的低碳鋼板及鋁板。2. 工具：球頭模具、工程顯微鏡。3. 設備：動液壓脹形實驗臺。三、 實

8、驗內容及步驟本實驗在不同寬度試件上印制圓形網(wǎng)格的基礎上,分別進行剛性凸模脹形試驗,直至試件出現(xiàn)頸縮線為止,然后用工具顯微鏡或數(shù)碼照相法測量與頸縮線最臨近處網(wǎng)格的變形量,計算出對應的兩個應變值，從而確定成形極限圖。試驗時,剛性凸模與試件之間用多層聚乙烯薄膜加機油潤滑。具體的試驗方法如下所述：1) 在實驗用坯料上制備好坐標網(wǎng)格，然后在工程顯微鏡上測出試件表面網(wǎng)格圓的原始直徑，讀數(shù)準確到0.01mm。為了減小誤差，分別測出3個網(wǎng)格圓的互相垂直方向（可取板材軋制方向的縱向和橫向）上的直徑，并記入表1。2) 在脹形裝置上以一定的加載方式使坯料產生脹形變形，至試件剛剛出現(xiàn)裂紋為止，測出試件破裂或靠近裂紋的橢圓網(wǎng)格長軸和短軸直徑，讀數(shù)準確到0.01mm，并記入表2。3) 改變坯料尺寸或加載條件，重復2）項試驗，將得到的數(shù)據(jù)填入表2；4) 取得一定量的數(shù)值后，計算出應變1、2（長、短軸方向），然后在平面坐標圖上描繪出各試驗點，然后圓滑連線，作出fld。表 1圓1圓2圓3平均原始