哈工大研究報(bào)告生板材成型性能實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、滁（ Harbin Institute of Technology實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)：金屬板材成型性能測(cè)試與評(píng)價(jià)院系：材料科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)生：孫巍學(xué) 號(hào)： 14S109063哈爾濱工業(yè)大學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)-杯突實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)確定板材脹形性能的實(shí)驗(yàn)方法；2、了解金屬薄板試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造及操作。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將板材用模具壓好，沖頭以一定的速度沖壓板材，直至板材出現(xiàn)裂縫為止三、實(shí)驗(yàn)原理板材的沖壓性能是指板材對(duì)各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力。目前，有關(guān)板材沖壓性能的試驗(yàn)方法，概括起來(lái)可分為直接試驗(yàn)和間接試驗(yàn)兩類(lèi)。而直接試驗(yàn)法又包括實(shí)物沖壓試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)兩種。模擬試驗(yàn)，即把生產(chǎn)實(shí)際存在的沖壓成形方法

2、進(jìn)行歸納與簡(jiǎn)化處理，消除許多過(guò)于復(fù)雜的因素，利用軸對(duì)稱(chēng)的簡(jiǎn)化了的成形方法，在保證實(shí)驗(yàn) 中板材的變形性質(zhì)與應(yīng)力狀態(tài)都與實(shí)際沖壓成形相同的條件下進(jìn)行 的沖壓性能的評(píng)定工作。為了保證模擬試驗(yàn)結(jié)果的可靠性與通用性， 規(guī)定了十分具體的關(guān)于實(shí)驗(yàn)用工具的幾何形狀與尺寸、毛坯的尺寸、實(shí)驗(yàn)條件。杯突實(shí)驗(yàn)是目前應(yīng)用較多，而且具有普遍意義的模擬試驗(yàn) 方法之一。杯突實(shí)驗(yàn)時(shí)，借助杯金屬薄板試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。用一規(guī)定的球狀沖頭 向夾緊于規(guī)定球形凹模內(nèi)的試樣施加壓力， 直至試樣產(chǎn)生微細(xì)裂紋為 止，此時(shí)沖頭的壓入深度稱(chēng)為材料的杯突深度值。 板材的杯突深度值 反映板材對(duì)脹形的適應(yīng)性，可作為衡量板材脹形、曲面零件拉深的沖壓性能指標(biāo)。四

3、、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及用具試驗(yàn)機(jī)一臺(tái)、杯突實(shí)驗(yàn)?zāi)＞摺⒂螛?biāo)卡尺、深度尺等。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、先了解金屬薄板試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理和操作方法，了解各按 鈕的作用；2、裝好模具；3、把試樣清洗干凈，在試樣與沖頭接觸的一面和沖頭球面上涂 上潤(rùn)滑油，把試樣放在下模上。4、將下模向上提起，壓好試樣。按下壓邊按鈕，設(shè)定壓邊力。5、按中心活塞上行按鈕，注意觀(guān)察試樣。當(dāng)試樣圓頂附近出現(xiàn) 有能夠透光的裂縫時(shí)，迅速停止。6、將下模向下移動(dòng)，然后將沖頭向下移動(dòng)，取出試件。7、實(shí)驗(yàn)完畢后，將模具拆下。教育資料實(shí)踐環(huán)節(jié)-拉深實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解拉深過(guò)程中拉深系數(shù)（或毛坯直徑）、潤(rùn)滑、壓邊圈、凸 凹模間隙、拉深高度等因素對(duì)拉深件

4、質(zhì)量的影響。2、了解液壓機(jī)的工作原理與基本操作。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將一直徑為80mm的圓形板材，以一定的壓邊力和壓邊速度， 完全壓入上模具內(nèi)。三、實(shí)驗(yàn)原理板料加工階段需要的加工的性能叫做沖壓性，一般包括沖剪性、成形性、和定形性三個(gè)方面，其中成形性是板材適應(yīng)各種加工的能力， 但多數(shù)板料零件都需要成形工序，是平板毛料變成一定形狀的零件。板料成形方法很多，所以研究時(shí)可對(duì)成形方法進(jìn)行分類(lèi)， 一般按材料 再成形過(guò)程中所承受的變形方式來(lái)分類(lèi)，可分為：彎曲變形、壓延變 形、脹形（還包括拉形、局部成形）、拉深成形（包括單向拉深、翻 邊、凹弧翻邊等）、收縮變型（包括收邊、管子縮頸、受口、凸翻邊 等）、體積成形（包括旋

5、薄、變薄壓延、噴丸成形、壓印等）。一般所謂的板料的成形性中最為重要的是成形極限的大小，板料成形過(guò)程中存在兩種成形極限，一是起皺，另一個(gè)是破裂。成形極限 可以用“發(fā)生起皺前，材料能承受的最大變形程度來(lái)表示，可理解為 板料在發(fā)生破裂前能夠得到的變形程度，也就是普通所謂的“塑性”。 由于板料成形性能隨變形程度、牌號(hào)、成形方式、生產(chǎn)方式等因素影響，所以評(píng)定一種板料成形性能的指數(shù)既要把各種主要因素考慮進(jìn)去 又要盡量少。板料的成形性能，目前的主要研究是拉深和脹形兩種方式。對(duì)金屬薄板沖壓成形時(shí)，可對(duì)某些材料特性或工藝參數(shù)提出要求，它們統(tǒng)稱(chēng)為特定成形性能指標(biāo)。評(píng)定金屬薄板的成形等級(jí)時(shí)，可對(duì)某種模擬的成形性能指

6、標(biāo)提出 要求確定的試驗(yàn)有：a.脹形性能指標(biāo)；b. “拉深脹形”復(fù)合成形性能；c.拉深性能指標(biāo)。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及用具拉深模一套、液壓機(jī)一臺(tái)、游標(biāo)卡尺、棉砂、機(jī)油，圓形板材等。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用工具和樣件；2、檢查設(shè)備，了解設(shè)備使用方法；3、將拉深模整體放到液壓機(jī)工作臺(tái)上，提起上模（導(dǎo)柱、導(dǎo)套 不要脫開(kāi)），將圓形板材放入下模定位圈內(nèi)，提起下模讓其與上模壓 好板材，設(shè)定壓邊力和拉伸速度，開(kāi)動(dòng)液壓機(jī)，將板材完全拉深到上 模內(nèi)，停車(chē)后打開(kāi)模具，取出工件，觀(guān)察工件凸緣的起皺現(xiàn)象；六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析圖a） b） c） d） e）拉深試樣的各角度觀(guān)察圖圖a）為試樣的內(nèi)邊視圖，從圖中可以看出，拉深試

7、樣的內(nèi)邊光滑 完整，并無(wú)明顯的裂紋缺陷。但圖片最頂端能看到有一些不平整，用 手觸摸有凹凸不平感，分析可能是壓邊力稍小，出現(xiàn)輕微的起皺現(xiàn)象。 而且邊部與拉深前相比，更加凸顯金屬光澤。圖b）為試樣的底部視圖，從圖中可以看出，拉深試樣的底部光滑 平整，無(wú)裂紋。過(guò)度圓角處沒(méi)有明顯的減薄現(xiàn)象，整個(gè)試樣的厚度比 較均勻。圖c）和圖d）為試樣內(nèi)的底部視圖，從圖中可以看出，其光滑平整, 圖中出現(xiàn)的劃痕為拉深前，板材打磨留下。試樣并沒(méi)有在劃痕處產(chǎn)生 應(yīng)力集中，由此開(kāi)裂。圖e）為試樣的外部側(cè)視圖，從圖中可以看出，該處有一明顯劃痕, 分析可能是因?yàn)槟＞邇?nèi)部有不平整凸起處，所以產(chǎn)生劃痕。除此處， 外部比較平整，能看出

8、板材有明顯的豎向織構(gòu)。同時(shí)在側(cè)向能清晰的 看出，拉深試樣出現(xiàn)四個(gè)凸耳。f)拉深力-位移曲線(xiàn)圖f）為拉深試樣的力-位移曲線(xiàn)圖f）為試樣的力-位移曲線(xiàn)。從圖中可以看出，拉深開(kāi)始階段，力和位移呈線(xiàn)性關(guān)系，之后曲線(xiàn)慢慢變得平緩，最后快速下降。曲線(xiàn) 開(kāi)始的線(xiàn)性階段為板材變形的彈性變形階段， 平緩段為壓邊圈處的板 材逐漸進(jìn)入模具內(nèi)部，緩慢上升處出現(xiàn)的兩個(gè)凹點(diǎn)是試驗(yàn)時(shí)， 試驗(yàn)機(jī) 參數(shù)忽然跳動(dòng)造成的。而在平緩階段的末端出現(xiàn)一個(gè)明顯的上升， 而 后下降，是因?yàn)榘宀脑谧詈蟮睦钐幊霈F(xiàn)了少量的起皺， 在把這些少 量的起皺拉深入模具時(shí)，拉力會(huì)突然增大。但由于拉力的大小沒(méi)有超 過(guò)板材的斷裂極限，所以板材并沒(méi)有斷裂，還是

9、被拉深入模具內(nèi)部。七、拉深實(shí)驗(yàn)數(shù)值模擬1、所用模擬軟件介紹DYNAFORM軟件是美國(guó)ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的用于 板料成形數(shù)值模擬的專(zhuān)用軟件，是 LS-DYNA求解器與ETA/FEMB前 后處理器的完美結(jié)合，是當(dāng)今流行的板料成形與模具設(shè)計(jì)的 CAE工 具之一。在其前處理器(Preprocessor)上可以完成產(chǎn)品仿真模型的生成和 輸入文件的準(zhǔn)備工作。求解器(LS-DYNA)采用的是世界上最著名的通 用顯示動(dòng)力為主、隱式為輔的有限元分析程序，能夠真實(shí)模擬板料成 形中各種復(fù)雜問(wèn)題。后處理器(Postprocessor)通過(guò)CAD技術(shù)生成形象 的圖形輸出，可以直觀(guān)的動(dòng)態(tài)顯示各種分析結(jié)果。D

10、ynaform軟件基于有限元方法建立，被用于模擬鉞金成形工 藝。Dynaform 軟件包含BSE DFE、Formability三個(gè)大模塊，幾乎涵 蓋沖壓模模面設(shè)計(jì)的所有要素，包括：定最佳沖壓方向、坯料的設(shè)計(jì)、 工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)、拉延筋的設(shè)計(jì)、凸凹模圓角設(shè)計(jì)、沖壓速度的設(shè) 置、壓邊力的設(shè)計(jì)、摩擦系數(shù)、切邊線(xiàn)的求解、壓力機(jī)噸位等。Dynaform軟件可應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，汽車(chē)、航空航天、家電、 廚房衛(wèi)生等行業(yè)?？梢灶A(yù)測(cè)成形過(guò)程中板料的裂紋、起皺、減薄、劃 痕、回彈、成形剛度、表面質(zhì)量，評(píng)估板料的成形性能，從而為板成 形工藝及模具設(shè)計(jì)提供幫助。Dynaform軟件設(shè)置過(guò)程與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程一致，操作上手

11、容易。 來(lái)設(shè)計(jì)可以對(duì)沖壓生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行模擬：坯料在重力作用下的變 形、壓邊圈閉合過(guò)程、拉延過(guò)程、切邊回彈、回彈補(bǔ)償、翻邊、脹形、 液壓成形、彎管成形。Dynaform軟件適用的設(shè)備有：?jiǎn)蝿?dòng)壓力機(jī)、雙動(dòng)壓力機(jī)、無(wú)壓邊壓力機(jī)、螺旋壓力機(jī)、鍛錘、組合模具和特種鍛壓設(shè)備等。2、參數(shù)設(shè)置坯料幾何尺寸：直徑 ds=80mm,板厚t=1mm模具幾何尺寸：沖頭直徑dp=50mm,凹模直徑dd=80+2.2=82.2 mm,沖頭圓角rp=4mm,凹模圓角rd=6mm,材料：AA6111,363、操作過(guò)程一、模擬過(guò)程：繪制沖頭，凹模，壓邊圈以及坯料:網(wǎng)格的劃分：在單元選項(xiàng)中選擇曲面網(wǎng)格劃分：對(duì)坯料采用part

12、mesh,對(duì)工具采用tool mesh ,對(duì)單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分設(shè)置工藝參數(shù)點(diǎn)選工具欄中的自動(dòng)設(shè)置選項(xiàng)，彈出設(shè)定窗口： Type選擇Double action ,同時(shí)勾選 Die&Punchk/憎-jimuictisnM |Cancel然后將彈出窗口的Title改為T(mén)est設(shè)置板坯:rdd Part然后定義板材的材料和厚度:并在對(duì)稱(chēng)平面中選擇四分之一對(duì)稱(chēng),出現(xiàn)下圖所示的集合位置后退出r PartsSplit part后明L峋.Define geometryRemote PartAdd ElemCopy ElemDisplaycitMnfGr-riflr | Bdfli 比LT, Ji: F

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18、形極限上圖為圓形板材的成型極限示意圖5、拉深過(guò)程分析：通過(guò)對(duì)上述應(yīng)力應(yīng)變圖的分析，可以看出，在拉深過(guò)程中，板材 變形過(guò)度圓弧位置的應(yīng)力和應(yīng)變均處于一個(gè)最大值，導(dǎo)致板材在這樣 的位置減薄嚴(yán)重，在拉深過(guò)程中易出現(xiàn)破裂。同時(shí)對(duì)拉深過(guò)程的進(jìn)一步分析可知，壓邊圈的力大小對(duì)于拉深過(guò) 程有著重要的影響，本題選擇的壓邊力為 2000N,是一個(gè)較小的值， 通過(guò)與其它組的對(duì)比可以看出，壓邊力選得小，那么會(huì)在壓邊的法蘭 位置出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象。實(shí)踐環(huán)節(jié)-脹形實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解和掌握脹形實(shí)驗(yàn)的方法和技能；2、學(xué)會(huì)使用板材成形試驗(yàn)機(jī)；3、了解脹形主應(yīng)變曲線(xiàn)的測(cè)定方法并利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)研究雙向拉應(yīng)力下的板材變形情況；4、了解和掌握板材應(yīng)變的基本測(cè)試知識(shí)，