板料厚度的增加单调增大, 而凹模圆角半径的增 大对它影响比较小。处于一个波动状态, 大致上 在 R = 5 mm时达到最小, 这说明了凹模圆角并不 是越大越好, 在接下来的覆盖件模具型面的修改 过程中要加以注意。 3 3 模具间隙和凹模圆角半径对成形性能的 综合影响
下图是对模具型面参数以及拉深工艺参数对 成形性能影响的综合模拟, 包括模具间隙和圆角 半径对总拉深力的综合影响, 通过直观图观察拉 深力大小, 从而判断力的大小是否在允许范围内, 是否对拉深件有影响( 起皱、拉裂等) 。由图中可 以直观的看出, 凹凸模间隙对总拉深力的影响比 较小, 凹模圆角半径对拉深性能的影响就比较明 显, 总的来说, 总拉深力随着圆角半径增大的变化 趋势是减小的, 变化处于一种波动状态。
冲压成形是一个包含多种复杂物理现象的工 艺过程, 其设计和控制非常困难, 这就是冲压成形 过程常常产生许多缺陷而又难以纠正的原因。 1 1 拉裂
拉裂是深冲工艺产生的常见缺陷。根据程度 不同, 可将拉裂分为微观拉裂和宏观拉裂两种情 况。微观拉裂指 工件中产生 肉眼难以 看清的裂 纹, 尽管裂纹深度很浅, 但一部分材料已失效, 宏 观拉裂是指工件已出现肉眼可见的裂纹和断裂。 宏观拉裂通常主要由薄板平面内的过度拉胀所造
0 引言
汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一。随着市场需求的
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Road T ransport
公路运输
改变, 汽车的更新换代速度日趋加快, 轿车一般为 3~ 4 年, 轻型车4~ 5 年, 其它车型约为6~ 8 年。 汽车大多数组成部件是覆盖件, 汽车覆盖件的设 计、制造的速度将直接影响汽车工业的发展, 其生 产的重要方式是 板料冲压成型。
3 冲压件拉深仿真模拟
3 1 板料尺寸和润滑条件对成形性能的综合 影响
通过对某发动机蜗壳建立简单的冲压件拉深 仿真模拟系统, 在其他条件都固定的情况下研究 板料尺寸和润滑条件分别对成形过程中总拉深力 的影响, 通过直观图观察拉深力大小, 从而判断力 的大小是否在允许范围内, 是否对拉深件有影响 ( 起皱、拉裂等) 。最后对所得的数据通过模拟软 件进行分析, 得到了总拉深力和板料直径及摩擦 系数的综合关系图( 见图 1) 。
2 影响冲压成形过程产生缺陷的因素
2 1 材料参数方面 鉴于成形极限图是钣金成形质量的重要约束
标准, 因此, 材料自身的相关参数, 如硬化指数 n 和厚向异性系数 r 等对覆盖件成形的影响, 可从 各参数对成 形极限 曲线 ( FLD) 走 向影响 方面研 究。硬化指数 n 增加时, 将使破裂成形极限曲线 提高, 同时也会提高材料拉延的均匀性。对于胀 形变形也是如此, n 增大, 极限曲线右移, 得到更 大的等效应变。同样, 厚向异性系数 r 值越大, 变 形路径与破裂极限曲线的交点值越大, 当 r 值> 1 时, 板厚方向的变形比 平面内困 难, 拉 深不易变 薄, 压缩不易增厚, 从而不易出现破裂和起皱的问 题。 2 2 模具型面参数
凹模口圆角半径的取值是否合适是拉延能否 成功的关键因素之一, 通过典型的圆筒件的模拟 得知过大过小的半径都对成形有影响。另外在常 压边力控制下若采用均一圆角设计凹模, 为了保 证矩形板料 拉延 成功, 圆 角半 径的 数 值不 能< 4 mm, 否则就会出现拉裂现象。为提高成形质量 并考虑拉延后整形的便利, 改变常规的均一圆角 设计, 将凹模口圆角根据变形材料的流动状况取 值, 凹模口圆角数值逐渐过渡。但对于复杂的覆 盖件数值模拟由于工作量很大, 一般不采用该方 法, 而是采用统一的凹模口圆角半径, 通过其它方 法改善材料流动速度的不均匀性, 例如, 涂润滑油 等。
2 3 工艺过程参数 是指除模具 和拉延板 料几何 参数及材 料性
能以外的, 通常在成形时才出现并起作用的过程 参数, 包括压边力、摩擦力、拉延筋 成形阻力、成 形速度、润滑条件以及变形路径等。其中合理的 拉延筋布置方 式和拉延筋成 形阻力大小的 求解 是覆盖件成形过程设计的一项重要内容, 相关参 数是优化模型设计变量 的重要组成 部分。拉延 筋布置的 一般原 则是: ( 1) 为 增加 进料阻 力, 提 高材料的变形程度, 通常会采取沿压边圈内轮廓 线整圈布设拉延筋; ( 2) 为 增加传力区径 向拉应 力, 降低切向压应力, 防止板料起皱, 应在容易起 皱的部位设置局部短 拉延筋; ( 3) 为调节 进料阻 力和进料量, 通常会 在拉延深度大 的直线部位, 放置阻力大的拉延筋, 而在拉延深度大的曲线部 位不设置拉延筋, 当 拉延深度相差 较大时, 在深 的部位不设或设阻力小的拉延筋, 在浅的部位设 阻力相对大的拉延筋。
LISha-o yan, Q IBa-o jun (College o f T ransporta tion, Northeast Fo restry University, Ha rbin, Heilongjiang, 150040)
Abstrac:t This paper describes meta l shee t ramming fo rming, w hich is the key manufacture technology of automotive cover pane ls, and its mi po rtant position. It p resents the causes of the de fects (frac turing, th inning, w rinkling), and the influenc ing factors (materia l parame ters, d -ie surface pa rameters, manufacture p rocess parameters). Through an ana lysis of parameter smi ula tion of the scro ll o f a certa in type ca r engine, a more in tu itive unde rstand ing of the factors in pressing forming is made and the suggestions are g iven for solving the defects. Key Words: Meta l shee;t Ramm ing fo rming; De fects; Ana lysis; Solve
起皱是薄板冲压成形中另一常见缺陷, 它的 产生原因与拉裂产生原因相反。是由于局部压应 力过大引起薄板厚度方向的失稳所致。这种失稳 形式称为压缩失稳。起皱发生时, 皱纹的走向与 压应力垂直, 但不能简单认为任何起皱都是压应 力引起的。在板料冲压成形时产生的起皱是各种 各样的, 大致可以分为压缩力、剪切力、不均匀拉 深力以及板内平面弯曲力四种。起皱虽然不像拉 裂那样削弱零件的强度和刚度, 但它影响零件的
成, 而微观拉裂则由单纯的拉胀引起, 也可由单纯 的弯曲引起, 无论是微观拉裂还是宏观拉裂都是 由于局部拉应变过大所致。对于单纯的弯曲件来 说, 拉裂相对容易避免一些, 因为这时可用简单的 办法较为准确地计算弯曲区的最大拉应变。而对 于复杂的拉深件来说, 用传统的方法很难准确地 计算给定条件下材料的塑性流动情况, 因而也就 难以事先判别一道拉深工序是否产生拉裂缺陷。 为了消除拉裂现象, 必须降低拉裂区的拉应变值。 要做到这一点, 可采用不同的途径。如调整压边 力、改善润滑条件、增加辅助工序等。这些方法的 目的都是为了改变法向接触力和切向摩擦力的分 布, 从而改变材料的流动状况。值得注意的是, 不 应在消除一个部位拉裂的同时, 引起另一个部位 产生拉裂或其它类型的缺陷。 1 2 变薄
S cience&
Technology
李少岩 齐宝军
图 3 模具间隙、圆角半径对板料 成型影响的综合关系图
4 产品缺陷的解决方法
图 2 板料厚度、圆角 半径对板料 成型影响的综合关系图
通过以上分析, 汽车覆盖件板材冲压成形过 程中产生缺陷的原因及解决方法总结如下:
由三维图可以很直观的看出, 总拉深力随着
56 西部交通科技
Wes te rn Ch ina Commun ications
由图中可以看出, 总拉深力随着板料直径和 摩擦系数的增加单调增大。而且可以看到, 这两 个因素是互相促进的: 即随着一个因素的增大, 另 一个因素对拉深质量的影响也相应增大, 因此, 摩 擦条件和板料尺寸是相关的, 在实际应用中必须
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公路运输
板料冲压成型是一种十分重要的制造技术, 在汽车、航空、电器和国防等工业中都有广泛的应 用, 特别是在汽车制造中尤为重要, 因为汽车覆盖 件大都采用薄板冲压而成, 产品品质的好坏直接 影响到汽车的品质。目前, 汽车工业面临世界范 围内的激烈竞争, 不仅有来自政府对汽车的各项 指标有严格的规定, 而且人们对汽车质量、性能的 要求也越来越高。
图 1 板料直径、摩擦 系数对板料 成型影响的综合关系图
统一加以考虑。 3 2 凹模圆角半径和板料厚度对成形性能的 综合影响
同样的, 我们在简单圆筒形拉深仿真系统中 研究了凹模圆角半径以及板料厚度对总拉深力的 综合影响, 通过直观图观察拉深力大小, 从而判断 力的大小是否在允许范围内, 是否对拉深件有影 响( 起皱、拉裂等) 。如图 2 所示。
1 冲压成形过程中常见的缺陷
板材成形过程包括成形材料选择、坯料制备、 成形工序制定、模具设计、模具制造、成形操作、后 续处理等部分。其中, 成形工序的制定是关键, 其 基本工序包括弯曲、胀形、拉延和翻边。
由于板材成形过程的多样性和复杂性, 多数 情况下成形工序与工艺参数要通过多次试验才能 确定出来。冲压件的材料、加工过程的控制、模具 的设计和制造都直接影响到产品质量和价格。材 质不当、加工过程不当或模具形状不合适, 很容易 出现成形件破裂、起皱或其它形状不良问题。