哈工大研究生板材成型性能實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

Harbin Institute of Technology實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 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，概括起來可分為直接試驗(yàn)和間接試驗(yàn)兩類。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進(jìn)行歸納與簡(jiǎn)化處理，消除許多過于復(fù)雜的因素，利用軸對(duì)稱的簡(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、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)＞?、游?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。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，一般按材料再成形過程中所承受的變形方式來分類，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），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，開動(dòng)液壓機(jī)，將板材完全拉深到上模內(nèi)，停車后打開模具，取出工件，觀察工件凸緣的起皺現(xiàn)象；b)a)六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析e)d)c)圖a) b) c) d) e) 拉深試樣的各角度觀察圖圖a)為試樣的內(nèi)邊視圖，從圖中可以看出，拉深試樣的內(nèi)邊光滑完整，并無明顯的裂紋缺陷。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，無裂紋。過度圓角處沒有明顯的減薄現(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。試樣并沒有在劃痕處產(chǎn)生應(yīng)力集中，由此開裂。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)圖f)為拉深試樣的力-位移曲線圖f)為試樣的力-位移曲線。從圖中可以看出，拉深開始階段，力和位移呈線性關(guān)系，之后曲線慢慢變得平緩，最后快速下降。曲線開始的線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有超過板材的斷裂極限，所以板材并沒有斷裂，還是被拉深入模具內(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)合開發(fā)的用于板料成形數(shù)值模擬的專用軟件，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)雜問題。后處理器(Postprocessor)通過CAD技術(shù)生成形象的圖形輸出，可以直觀的動(dòng)態(tài)顯示各種分析結(jié)果。Dynaform 軟件基于有限元方法建立, 被用于模擬鈑金成形工藝。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、航空航天、家電、廚房衛(wèi)生等行業(yè)?？梢灶A(yù)測(cè)成形過程中板料的裂紋、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)置過程與實(shí)際生產(chǎn)過程一致，操作上手容易。來設(shè)計(jì)可以對(duì)沖壓生產(chǎn)的全過程進(jìn)行模擬：坯料在重力作用下的變形、壓邊圈閉合過程、拉延過程、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、操作過程一、模擬過程：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 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&Punch。然后將彈出窗口的Title改為Test設(shè)置板坯： 然后定義板材的材料和厚度： 并在對(duì)稱平面中選擇四分之一對(duì)稱，出現(xiàn)下圖所示的集合位置后退出 定義工具：I）分別對(duì)不同的工具：沖頭，凹模，壓邊圈選擇對(duì)應(yīng)的零件層 在positioning選項(xiàng)中，以凹模die為基準(zhǔn)，調(diào)整工件位置：點(diǎn)選確定以完成工件參數(shù)的設(shè)定。設(shè)置工序：在工序選項(xiàng)中修改參數(shù)：closing中采取默認(rèn)值，在drawing中做以修改：設(shè)置壓邊力為2000N，沖頭運(yùn)動(dòng)距離為50mm。模擬：點(diǎn)選提交中的直接運(yùn)行選項(xiàng)，運(yùn)行模擬結(jié)果，提交計(jì)算：至此，前置處理結(jié)束。4、模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果點(diǎn)擊后處理，進(jìn)入dynaform后處理界面，打開“模擬.d3plot”文件，進(jìn)入后處理模式：1、厚度變化規(guī)律由圖可以看出，最終拉深試樣的底部厚度幾乎沒有變化，最薄處出現(xiàn)在過度圓弧處，經(jīng)過過度圓弧處向下，拉深試樣的厚度慢慢變厚。但不存在不變形處。在試樣尾部能看到少許的褶皺，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。2、應(yīng)變變化規(guī)律由最終應(yīng)變規(guī)律變化圖可以看出，試樣的頂端幾乎沒有應(yīng)變產(chǎn)生，過度圓弧處有非常大的應(yīng)變產(chǎn)生，最終尾部產(chǎn)生較小應(yīng)變。3、應(yīng)力變化規(guī)律應(yīng)力變化規(guī)律與應(yīng)變變化規(guī)律分析類似，這里就不贅述了。4、板材成形極限上圖為圓形板材的成型極限示意圖5、拉深過程分析：通過對(duì)上述應(yīng)力應(yīng)變圖的分析，可以看出，在拉深過程中，板材變形過度圓弧位置的應(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，在拉深過程中易出現(xiàn)破裂。同時(shí)對(duì)拉深過程的進(jìn)一步分析可知，壓邊圈的力大小對(duì)于拉深過程有著重要的影響，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)變曲線的測(cè)定方法并利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來研究雙向拉應(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)，學(xué)會(huì)用網(wǎng)格分析板材沖壓變形。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、了解板實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)原理和計(jì)算公式； 2、能夠利用復(fù)制網(wǎng)格并對(duì)其變形前后進(jìn)行測(cè)試的方法，計(jì)算出脹形后各點(diǎn)的應(yīng)變值并作出主應(yīng)變曲線和應(yīng)變狀態(tài)圖，并用此來研究板材的變形情況。三、實(shí)驗(yàn)原理板材的脹形性能試驗(yàn)是測(cè)定板材沖壓性能的一種工藝性試驗(yàn)。先將平板坯料試樣放在凹模平面上，用壓邊圈壓住試樣外圈，然后，用球形沖頭將試樣壓入凹模。由于坯料外徑比凹模孔徑大很多，所以，其外環(huán)不發(fā)生切向壓縮變形，而與沖頭接觸的試樣中間部分坯料受到雙向拉應(yīng)力作用而實(shí)現(xiàn)脹形成型四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及用具板材成形試驗(yàn)機(jī)、脹形