板材成形試驗?zāi)＞咴O(shè)計及仿真.

1、北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁板材成形試驗?zāi)＞咴O(shè)計及仿真分析摘要金屬薄板成形性能是金屬板對于沖壓成形的適應(yīng)能力，一般分為脹形性能、拉深性 能、擴(kuò)孔性能、彎曲性能及復(fù)合成形性能等幾個方面。其試驗方法分別是測定脹形性能 指標(biāo)杯突值、拉深性能指標(biāo)極限拉深比或載荷極限拉深比、擴(kuò)孔性能指標(biāo)擴(kuò)孔率、彎曲 性能指標(biāo)最小相對彎曲半徑及“拉深 +脹形”復(fù)合成形性能指標(biāo)錐杯值等。由于現(xiàn)今金 屬板的塑性成形在各行業(yè)里都占著很重要的地位，所以其的模具設(shè)計則顯得更為重要。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬薄板成形性能與試驗方法 GB/T 15825.1 GB/T 15825.8-1995, 對金屬薄板成形性能試驗所需的模具進(jìn)行分

2、析，再利用Solid Works三維軟件進(jìn)行設(shè)計，建立三維模型，然后進(jìn)行裝配及運(yùn)動仿真。并針對幾種典型材料（45#鋼、10#鋼等）的板料成形試驗進(jìn)行了力學(xué)性能分析，最后是對試驗機(jī)的主體以及模具進(jìn)行了相應(yīng)的強(qiáng)度 和剛度校核，完成了模具的整個設(shè)計工作。關(guān)鍵字板材成形試驗?zāi)＞呓７抡鎻?qiáng)度校核北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁AbstractSheet metal formi ng properties of sheet metal stampi ng for the adaptati on, gen erally con sists of bulgi ng performa nee, draw

3、ing performa nee, expa nding properties, bending properties and formi ng composite performa nee aspects. The test methods are measured as bulgi ng performa nee punch valuesIE,Drawi ng performa nee in dicators LDR or load LDR(T), reaming performanee reaming rate , bending performanee relative minimum

4、 bending radius Rmin/t and "Drawi ng + bulgi ng" Composite cone formi ng Cup performa nee Value CCV). Due to the eurrent sheet metal forming take a very important position in all sectors, its mold desig n is much more importa nt.Accord ing to the n atio nal sta ndard "sheet metal form

5、i ng properties and test methods" GB / T 15825.1-GB / T 158 25.8-1995, the sheet metal forming properties necessary for the tests die an alysis re-us ing Solid Works software to desig n and build three-dime nsional model, the n the assembly and movement simulation. And some typical materials (s

6、teel 45 #, 10 # steel, etc.) Sheet Metal Forming a test mechanical analysis, the last is the main testing machine and die for the corresp onding stre ngth and stiff ness of the coupli ng, completed the mold of the en tire desig n.Keywords sheet metal forming; die Modeling; Simulation; Test Strength

7、Check北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第3頁第一章緒論第一章緒論61、 課題背景及目的62、 計算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計中的應(yīng)用領(lǐng)域 63、 板料成形試驗過程的運(yùn)動仿真 74、課題的研究方法75、論文構(gòu)成及研究內(nèi)容 8第二章、成形試驗?zāi)＞咴O(shè)計 91、拉深試驗 91.1拉深凹模的高度101.2拉深模的圓角半徑對拉深過程的影響 121.2.1凹模圓角半徑對拉深過程的影響 121.2.2凸模圓角半徑對拉深過程的影響 121.3拉深間隙122、擴(kuò)孔試驗133、錐杯試驗154、凸耳試驗175、成形極限試驗195.1 凹模215.2壓邊圈215.3成形極限試驗中的壓延 22第三章板材成形試驗機(jī)及運(yùn)動仿真 2

8、41、試驗機(jī)工作平臺的設(shè)計及建模 242、試驗機(jī)工作平臺的裝配 273、裝配274運(yùn)動仿真28第四章 板料成形試驗的力學(xué)極限分析與計算 331、板金成形的主要限制 332、拉深試驗的力學(xué)極限分析 332.1突緣變形區(qū)分析 342.2筒壁傳力區(qū)分析 393成形極限試驗的力學(xué)極限分析 423.1成形高度424、計算實(shí)例454.1中厚板的力學(xué)極限計算 464.1.1 45# 鋼464.1.1.1 拉深試驗464.1.1.2 成形極限試驗 504.1.2 10# 鋼51拉深試驗51北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第5頁4.122成形極限試驗554.2船用板的力學(xué)性能極限計算 564.2.1 1.5Ni

9、 564.2.1.1 拉深試驗574.2.1.2 成形極限試驗594.2.2 360A 604.2.2.1 拉深試驗604.2.2.2 成形極限試驗634.3汽車板的力學(xué)性能極限計算 644.3.1 BZJ 311 644.3.1.1 拉深試驗644.3.1.2 成形極限試驗69第五章模具的強(qiáng)度校核 711、分析711.1凸?？箟簭?qiáng)度校核711.2凸?？箟菏Х€(wěn)校核712、模具強(qiáng)度、剛度校核 722.1成形極限試驗722.1.1凸?？箟簭?qiáng)度校核 722.1.2凸?？箟菏Х€(wěn)校核 722.2拉深試驗722.2.1凸?？箟簭?qiáng)度校核 722.2.2凸?？箟菏Х€(wěn)校核 722.3凸耳試驗732.3.1凸模抗

10、壓強(qiáng)度校核 732.3.2凸?？箟菏Х€(wěn)校核 732.4擴(kuò)孔試驗732.4.1凸?？箟簭?qiáng)度校核 732.4.2凸?？箟菏Х€(wěn)校核 742.5錐杯試驗 742.5.1 對于鋼球有 742.5.2 對凸模762.5.2.1 凸?？箟簭?qiáng)度校核 762.5.2.2 凸?？箟菏Х€(wěn)校核 77第六章試驗機(jī)主體強(qiáng)度校核 791、四承力柱的強(qiáng)度校核 792、 上下工作臺的彎曲強(qiáng)度校核 79第七章結(jié)論82致謝83附錄84附錄A拉深試驗?zāi)＞?4北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第7頁附錄B擴(kuò)孑L試驗?zāi)＞?85附錄 C 錐杯試驗?zāi)＞?86附錄D凸耳試驗?zāi)＞?7附錄E成形極限圖試驗?zāi)＞?8參考文獻(xiàn)89北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計

11、(論文)第#頁第一章緒論1課題背景及目的金屬塑性加工不但在飛行器制造業(yè)中占據(jù)著極其重要的地位，在其他各行業(yè)中也是很有分量的，板料冷壓成形是最常用也是研究最深入的一類成形方式。而模具的設(shè)計則 是板料冷壓成形的必要過程。長期以來，成形工藝和模具的設(shè)計以及工藝過程分析主要 的依據(jù)是積累的實(shí)際經(jīng)驗、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)理論。但由于實(shí)際經(jīng)驗的非確定性、行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的實(shí)效性，以及傳統(tǒng)理論對變形條件和變形過程進(jìn)行了簡化，因此，對復(fù)雜的模具設(shè) 計往往不容易獲得滿意的結(jié)果，使得調(diào)試模具的時間長，次數(shù)多，甚至導(dǎo)致模具的報廢。 通常情況下，為了保證工藝和模具的可靠與安全，多采用保守的設(shè)計方案，造成工序的 增多，模具結(jié)構(gòu)尺寸

12、的加大?，F(xiàn)代成形加工與模具正朝著高效率、高速度、高精度、高 性能、低成本、節(jié)省資源等方向發(fā)展，因此傳統(tǒng)的設(shè)計方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求。計算 機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展以及工程實(shí)踐中對數(shù)值分析要求的日益增長?，F(xiàn)代模具設(shè)計多是用UG、PRO/E、CAXA、Solid Works等三維軟件進(jìn)行。模具是一種技術(shù)密集、資金密集型 產(chǎn)品，在我國國民經(jīng)濟(jì)的地位也非常重要。模具工業(yè)已被我國正式確定為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并 在“十五”中列為重點(diǎn)扶持產(chǎn)業(yè)。本文就是利用Solid Works來為成形試驗的模具進(jìn)行設(shè)計及建模2。2、計算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計中的應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品從設(shè)計到成型生產(chǎn)是一個十分復(fù)雜的過程，它包括制品設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、

13、模具加工制造和制品的生產(chǎn)等幾個工要方面。它需要產(chǎn)品設(shè)計師、模具設(shè)計師、模具加 工工藝師及熟練操作工人協(xié)同努力來完成，它是一個設(shè)計、修改、再設(shè)計的反復(fù)迭代、 不斷優(yōu)化的過程。傳統(tǒng)的手工設(shè)計已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機(jī)技術(shù) 的運(yùn)用，正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計方式，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。計算機(jī)技術(shù) 在模具中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 制品的設(shè)計：基于特征的三維造型軟件為設(shè)計者提供了方便的設(shè)計平臺，而且 制品的質(zhì)量、體積等各種物理參數(shù)為后續(xù)的模具設(shè)計和分析打下了良好的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)分析：利用有限元分析軟件可以對制品的強(qiáng)度、應(yīng)力等進(jìn)行分析，改善制北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第

14、9頁品的結(jié)構(gòu)設(shè)計。(2) 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)制品的形狀、精度、大小、工藝要求和生產(chǎn)批量，模具設(shè) 計軟件會提供相應(yīng)的設(shè)計步驟、參數(shù)選擇計算公式以及標(biāo)準(zhǔn)模架等，最后給出全套模 具結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。(3) 模具運(yùn)動仿真：運(yùn)用CAD技術(shù)可對模具開模、合模以及制品被推出的全過程進(jìn) 行仿真，從而檢查出模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理處，并及時更正，以減少修模時間。(4) 工作過程數(shù)值分析：采用CAE方法可以模擬板料在模具的運(yùn)動過程中的受力狀 態(tài)，其結(jié)果對改進(jìn)模具形狀及調(diào)整工藝參數(shù)有著重要的指導(dǎo)意義，同時還可檢驗?zāi)＞叩?剛度和強(qiáng)度、制品的翹曲性等。(5) 數(shù)控加工：利用數(shù)控編程軟件可模擬刀具在三維曲面上的實(shí)時加工過程并顯示

15、有關(guān)曲面的形狀數(shù)據(jù)，同時還可自動生成數(shù)控線切割指令、曲面的三軸，五軸數(shù)控銑削 刀具軌跡等。目前，國際上占主流地位的模具設(shè)計 CAD軟件有Pro/E、I-DEAS、UG U、Solid Works 等；結(jié)構(gòu)分析軟件有 MSC、Analysis等；工作過程數(shù)值分析軟件有 MoldFlow等；數(shù)控 加工軟件有 MasterCAM、Cimatron 等3。3、板料成形試驗過程的運(yùn)動仿真板料沖壓仿真分析CAE是CAE大家族中應(yīng)用非常廣泛的一個分支， 它包括塑性成 形CAE、鑄造成形AE、塑料注射成形CAE等，應(yīng)用于工程實(shí)際，可以幫助確定毛坯 幾何形狀尺寸，預(yù)測零件成形過程中的破裂、起皺及回彈等成形缺陷，

16、還可以分析零件 的沖壓成形性能，對工藝方案和工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化等 4。由于時間的限制，在本文里沒有進(jìn)行材料性能的仿真，只是就模具的運(yùn)動過程，進(jìn)行 了運(yùn)動仿真。4、課題的研究方法本次畢業(yè)設(shè)計的課題是是一個工程實(shí)際問題。研究方法擬通過對金屬薄板成形性能試驗的分析，利用SolidWorks三維造型軟件設(shè)計金屬薄板成形性能試驗所需要的模具， 設(shè)計板材成形試驗機(jī)的工作臺，進(jìn)行三維裝配，并仿真其工作過程。本文還就幾種板料 在用這些模具中的一些力學(xué)性能進(jìn)行了一些分析，最后對成形試驗機(jī)的主體以及模具的北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁進(jìn)行強(qiáng)度及剛度校核。5、論文構(gòu)成及研究內(nèi)容本論文由緒論、模具設(shè)計、板料成形

17、性分析、模具強(qiáng)度校核、試驗機(jī)主體強(qiáng)度校核、結(jié)論、致謝以及參考文獻(xiàn)組成。首先根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬薄板成形性能與試驗方法GB/T 15825.1GB/T 15825.8-1995 了解各試驗的實(shí)驗原理及注意事項，對各試驗所需的模具進(jìn)行分析，再利用SolidWorks三維軟件進(jìn)行設(shè)計，建立三維模型，然后進(jìn)行工作臺及模具的裝配，并對其進(jìn)行運(yùn)動仿真。并針對幾種典型材料（45#鋼、10#鋼等）的板料成形試驗進(jìn)行了力學(xué)性能極限分析、計算，最后對試驗機(jī)的主體以及模具進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng) 度和剛度校核，完成了模具的整個設(shè)計工作。北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第11頁第二章、成形試驗?zāi)＞咴O(shè)計根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬薄板成形性能與試

18、驗方法GB/T 15825.1GB/T 15825.8-1995的要求，對金屬薄板成形性能試驗-拉深試驗、擴(kuò)孔試驗、錐杯試驗、凸耳試驗及成形 極限圖（FLD）試驗進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)這些試驗的模具尺寸相差不大，為了方便進(jìn)行 通用的試驗機(jī)設(shè)計，需要對模具的安裝進(jìn)行總體協(xié)調(diào)。通過對成形試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知成形試驗機(jī)法蘭的尺寸是固定的，因此一個小尺寸的模具就有可能會有一個很大的法蘭，這里為了能節(jié)約材料把法蘭與模具做成分 體的，本文采用了階梯的方式來連接模具與法蘭安裝盤。使得一套模具都能使用同一個 法蘭安裝盤，且尺寸相近的模具也可以使用一個法蘭安裝盤。這樣就既能節(jié)約材料又簡 化了模具的制造過程。法蘭

19、盤設(shè)計：采用法蘭盤與模具本身分開的設(shè)計方法，利用臺階 來進(jìn)行連接和定位。如圖2.1所示：圖2.11、拉深試驗拉深是利用拉深模將板料沖壓成各種空心件的一種加工方法，使沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的工序之一。拉深成形時主要考慮的問題是，位于凸緣部分的財力材料因切向壓縮 極易起皺；處于凸模圓角區(qū)的材料因受到徑向強(qiáng)烈拉伸而嚴(yán)重變薄，甚至斷裂。材料的 種類、零件的結(jié)構(gòu)形狀、模具結(jié)構(gòu)及工作部分的表面質(zhì)量對拉深成形能否順利進(jìn)行都有 重要的影響。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬薄板成形性能與試驗方法 拉深與拉深載荷試驗GB/T15825.3-1995中的試驗原理：試驗時，將圓片試樣壓置于凹模與壓邊圈之間，通過凸模北京航空航天大學(xué)畢業(yè)

20、設(shè)計（論文）第#頁對其進(jìn)行拉深試驗（見圖2.2 ）。本試驗需要采用不同直徑的式樣，并按照逐級增大直徑的操作程序進(jìn)行拉深試驗 ，以測定拉深杯體底部圓角附近的壁部不產(chǎn)生破裂時允許使 用的最大試件直徑（Do） max，試驗結(jié)束后用（Do）max計算極限拉深比LDR。每組試樣 進(jìn)行6次有效重復(fù)試驗，并記錄破裂與未破裂試樣的個數(shù)。一方面，當(dāng)破裂位置不在杯 體底部圓角附近的壁部或者杯體形狀明顯不對稱，兩個對象凸耳的峰高之差大于2mm時試驗無效；另一方面，當(dāng)一組試樣中，3個試樣破裂，3個試樣未破裂或者當(dāng)某一級 試樣的破裂個數(shù)小于3,而直徑增大一級后，試樣破裂的個數(shù)等于或大于4時結(jié)束試驗。圖2.2拉深試驗原理

21、凸模和凹模的工作尺寸按表2.1所示。表2.1凸模、凹模的工作尺寸mm板料基本厚度to凸模直徑dp凸模圓角半徑rp凹模內(nèi)徑Dd凹模圓角半徑rd0.450.6451.80+0.056.4 ±.10> 0.640.9152.560+0.059.1 ±.10> 0.911.305000.055.0 ±.153.640+0.0513.0 ±.15> 1.301.8655.200-0.0518.64 ±.15> 1.862.5057.000-0.°525.0 ±.151.1拉深凹模的高度拉深凹模的高度h對拉深成形

22、的次數(shù)和成形質(zhì)量都有重要的影響。常見零件的一次北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第13頁拉深成形的高度一般近似為：無凸緣筒形件：h乞0.50.7d，d為拉深件壁厚中徑；帶凸緣筒形件：當(dāng)D*/d叮.5時，h空°.40.6d,為拉深件凸緣直徑；盒形件：當(dāng)0.050.20B時，h乞0.30.8B，為盒形件長、短邊間的圓角半徑，B為盒形件的短邊長度因此，拉深凹模的高度設(shè)計為：臺階高 8mm 凹模高35mm （如圖2.3）。圖2.3拉深凹模圖2.4所示為凹模內(nèi)徑為57mm寸的模具圖2.4拉深模裝配北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁1.2拉深模的圓角半徑對拉深過程的影響1.2.1凹模圓角半徑對

23、拉深過程的影響拉深凹模的圓角半徑對拉深過程有很大的影響，毛坯進(jìn)入凹模內(nèi)要經(jīng)過彎曲和重新有被拉直的過程，若凹模圓角過小，將增加彎曲抗力而導(dǎo)致破裂的可能；若凹模圓角過 大，將會因毛坯在壓邊圈下面積的減小和毛坯外緣過早離開壓邊圈而產(chǎn)生皺折，當(dāng)這皺 部分進(jìn)入凸凹模的間隙，就會造成毛坯的破裂。凹模圓角半徑的平均值rd可按下式5 * D -dt（2.1）式中：K系數(shù)；D毛坯或前一次拉深直徑（mm）;d凹模內(nèi)徑（mm）；t材料厚度（mm）。表2.2計算凹模圓角半徑時的 K值材料厚度v 0.6> 0.61> 12> 24> 46> 6101.00.90.850.80.70.61.

24、2.2凸模圓角半徑對拉深過程的影響凸模圓角半徑的影響不似凹模圓角半徑那樣顯著，如過小則會降低鄰近直壁與底交接部分的強(qiáng)度，多次拉深時會在制件側(cè)壁上留下彎曲的環(huán)形圈痕跡，影響制件的外觀質(zhì) 量；如過大，由于拉深初始階段不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，這部分毛坯就易起 皺。一般首次拉深?。簉p=(0.71.0)rd(2.2)多次拉深的以后各次：rpn-1=(dn-1 -dn-2t)/2(2.3)式中：dn-1，dn前后工序中毛坯的過渡直徑（mm）。拉深凸模圓角半徑不得小于（23）t,如制件上有要求，則應(yīng)最后通過整形獲得。1.3拉深間隙拉深間隙是指單邊間隙，即凹模與凸模直徑之差的一半。拉深間隙的大小對拉

25、深力、 制件質(zhì)量和模具壽命都有影響。間隙過大，容易起皺；過小則筒壁變薄嚴(yán)重，甚至拉斷,北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第15頁同時也降低模具壽命。確定間隙時需考慮板料本身公差，圓筒形件口部的增厚及拉深件 的精度要求。2、擴(kuò)孔試驗根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬薄板成形性能與試驗方法擴(kuò)孔試驗GB/T 15825.4-1995中的試驗原理：試驗時，將中心帶有預(yù)制圓孔的試樣置于凹模與壓邊圈之間壓緊，通過凸模 將其下部的試樣材料壓入凹模，迫使預(yù)制圓孔直徑不斷擴(kuò)大（見圖2.5），直至孔緣局部發(fā)生開裂停止凸模運(yùn)動測量試樣孔徑的最大值和最小值，用它們計算擴(kuò)孔率 入作為金屬板料的擴(kuò)孔性能指標(biāo)。將試樣通過預(yù)制圓孔和導(dǎo)銷套放在凸

26、模頂端，施加壓力后啟動凸 模運(yùn)動進(jìn)行擴(kuò)孔試驗，至試樣孔緣上任意一個局部開始破裂時立即停機(jī)，取出試樣。測 量試樣孔徑時，應(yīng)避開孔緣上的局部裂紋，分別測出空徑的最大值dfmax和最小值dfmin，測量精確到0.05mm。對同種材料進(jìn)行10次有效重復(fù)試驗，當(dāng)預(yù)制圓孔脹大后，明顯偏 離試樣中心；試樣起皺或孔緣裂紋沿試樣邊緣缺陷或傷痕方想發(fā)展時試驗無效。圖2.5擴(kuò)孔試驗原理凸模、凹模及試樣的尺寸見表2.3北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁表2.3凸、凹模及試樣尺寸mm板料基本厚度t0凸模凹模預(yù)制圓 孔初始 直徑d0導(dǎo)銷直徑d'0圓形試樣方形試樣直徑D。邊長10直徑dp圓角半徑rp內(nèi)徑Dd圓角

27、半徑rd,+0.0507.0507.5 -0.050+0.05+0.0500.201.0025 -0.053 ±).12701 ±0.16.2506.25 -0.05紹570一 +0.05一 05.0005.00 -0.05“只亠+0.05“只八012.0012.0 -0.05> 1.002.0040°-0.055 ±).1+0.054401 ±0.1+0.0510.0010.0°-0.05勿0100,+0.05,八08.008.0 -0.05> 2.004.0055°0.058 ±).1+0.0563

28、01 ±0.1+0.0516.5。16.5°-0.05羽00擴(kuò)孔試驗，本著節(jié)約材料的原則，對同一凸模尺寸中不同導(dǎo)銷直徑的，我在這用了個臺階軸來接決這個問題，就是我在凸模上開一個直徑是該凸模直徑中導(dǎo)銷直徑最大的孔， 再做一個由該直徑凸模倒銷直徑的臺階軸，在臺階軸的底部來一個M3的螺紋孔，用來控制臺階軸在凸?？字械纳疃?。如圖2.6所示。擴(kuò)孔試驗凹模見圖2.7所示圖2.6擴(kuò)孔凸模(凸模直徑為 40mm)(a)凹模內(nèi)徑為63mm(b)凹模內(nèi)徑為44mm北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第17頁擴(kuò)孔模具裝配見圖2.8圖2.8擴(kuò)孔模裝配（凹模尺寸為44mm）3、錐杯試驗根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬薄

29、板成形性能與試驗方法錐杯試驗GB/T 15825.6-1995中的試驗原理：試驗時，圓盤片試樣平放在錐形凹?？變?nèi)，通過鋼球?qū)υ囼炦M(jìn)行“拉深 +脹 形”符合成形，即錐杯成形（見圖2.9）,直到杯底側(cè)壁發(fā)生破裂時停機(jī)，然后測量錐杯 口部的最大外徑Dmax和最小外徑Dmin，并用它們計算錐杯值CCV （或相對錐杯值說作 為金屬板的“拉深+脹形”復(fù)合成形性能指標(biāo)。將試樣平放在凹?？變?nèi)，啟動試驗裝置 進(jìn)行錐杯成形，直至杯體側(cè)壁發(fā)生破裂為止，對同種材料進(jìn)行6次有效重復(fù)試驗。當(dāng)錐杯形狀明顯不對稱，錐杯口部起皺或錐杯底度進(jìn)入凹模直端部分時仍未發(fā)生破裂時試驗 無效。以錐杯口處相對的兩個凸耳峰點(diǎn)為基準(zhǔn)測量錐杯口的

30、最大外徑Dmax；以錐杯口處相對的兩個凸耳谷點(diǎn)為基準(zhǔn)測量錐杯口的最小外徑Dmin;測量精度不低于0.05mm。北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁圖2.9錐杯試驗原理模具的工最尺寸見表2.4表2.4模具工作尺寸名稱 板料基本厚度In出IV0.50V 0.800.80 V 1.001.00 V 1.301.30 V 1.60鋼球直徑Dp12.717.4620.6426.99凸模直徑dp=Dp=Dp=Dp=Dp試樣直徑D036±).0250±).0260 ±0.027810.02凹?？字倍酥睆紻d14.60 ±0219.95 ±.0224.40

31、±0232.00 ±02凹?？讏A角半徑rd3.04.06.08.0凹?？族F角丫60° ±).05 °60° ±).05 °60° ±0.05 °60° ±0.05 °凹?？字倍擞行Ц叨萮d> 20> 20> 25> 25凹?？字倍碎_口高度h'd> 5> 5> 5> 5在錐杯試驗中，首先是了解保平塊的形狀及作用使保平塊的倒角與凸模上錐形凹定 的角度一致。在根據(jù)凸模直徑與鋼球的直徑確定保平塊的兩個內(nèi)徑。還

32、有就是凹?？谥?端開口的高度也需要注意圖2.10為錐杯試驗的凹模北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第19頁圖2.10錐杯試驗凹模（凹?？字酥睆綖?2mm）錐杯試驗?zāi)＞哐b配如圖2.11所示圖2.11錐杯試驗?zāi)＞哐b配（凹?？字倍酥睆綖?4.6mm）4、凸耳試驗根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬薄板成形性能與試驗方法凸耳試驗GB/T 15825.7-1995中的試驗原理：試驗時，將圓片試樣壓置于凹模與壓邊圈之間，同過凸模對試樣進(jìn)行拉深， 將其成形為一個空心圓柱形杯體（見圖2.12），試驗結(jié)束后，測定杯口處凸耳的各項特性指標(biāo)，并計算凸耳率作為評定金屬薄板塑性平面各項向異性程度的指標(biāo)。對同種材料 應(yīng)進(jìn)行3次以上的有效重復(fù)

33、試驗，當(dāng)試樣法甚破裂，杯體形狀明顯不對稱，兩個對向凸 耳的峰高之差大于2mm或者杯體口部或外表面具有影響測量凸耳特性指標(biāo)的皺褶時試 驗無效。北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁圖2.12凸耳試驗原理凸、凹模的工作尺寸見表2.5表2.5凸、凹模的工作尺寸板料基本厚度to凸模直徑dp凸模圓角半徑凹模內(nèi)徑Dd0+0.05凹模圓角半徑"±).05rd ±0.050.100.1132.280.120.1432.350.150.1732.432.50.180.2032.500.210.242.532.600.250.2932.750.300.3532.903.00.360.

34、4033.050.410.4533.204.00.460.50033.3532 -0.050.510.6033.505.00.610.704.033.800.710.8034.106.00.811.0034.501.011.206.035.007.01.211.4035.601.411.708.036.08.01.712.0037.002.012.509.038.509.02.513.0039.80北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第23頁對于凸耳試驗，這個試驗的模具沒有什么特別的要求，但是因為這個試驗的模具數(shù) 量很多，所以即使這些模具的外形尺寸與擴(kuò)孔等的相差不是很大，但還是得單獨(dú)用一個 法蘭。

35、見圖2.13所示Z Z .J-4-1y , A圖2.13凸耳試驗?zāi)＞哐b配（凹模直徑為37mm）5、成形極限試驗根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬薄板成形性能與試驗方法成形極限試驗圖（ FLD）試驗GB/T15825.8-1995中的試驗原理：（1）在試驗條件下測定成形極限試驗圖時，通常采用剛性凸模對試樣進(jìn)行脹形的 方法，必要時可以輔以拉伸試驗和液壓脹形試驗。（2）剛性凸模脹形試驗時，將一側(cè)表面制有網(wǎng)格圓的試樣置于凹模與壓邊圈之間， 利用壓邊力壓緊拉深筋以外的試樣材料，試樣中部在凸模里作用下產(chǎn)生脹形變形并形成 凸包（見圖2.14），其表面上的網(wǎng)格圓發(fā)生畸變，當(dāng)凸包上某個局部產(chǎn)生縮頸或破裂時， 停止試驗，測量縮頸區(qū)

36、（或縮頸區(qū)附近）或破裂區(qū)附近的網(wǎng)格圓長軸或短軸尺寸，由此 計算金屬薄板允許的局部保面極限主應(yīng)變量（8、比）或（&、g）。注：表面應(yīng)變指平行于板料平面的二維應(yīng)變，金屬薄板成形性能與試驗方法成形極限試驗圖（FLD ）試驗GB/T 15825.8-1995中的（ej、e?）表示表面工程極限主應(yīng)變量；（g、g）表示表面真實(shí)極限主應(yīng)變量。（3）使用下述兩種方法可以獲得不同應(yīng)變路徑下的表面極限主應(yīng)變量。改變試樣與凸模接觸面間潤滑條件主要用來測定成形極限圖的有半部分（雙拉變形區(qū)，即 &>0、e20或日>0、22為）, 如果在試樣與凸模之間加襯合適厚度的橡膠（或橡皮）薄墊，可以比較

37、方便地獲得接近 于等雙拉應(yīng)變狀態(tài)（ei=e2或2=2）下的表面極限應(yīng)變量，通常，不同的潤滑條件選擇 地越多，試驗確定的成形極限圖越可靠。采用不同寬度的試樣主要用來測定成形極限圖的左半部分 （拉-壓變形區(qū)，即ei>0、殳切或2>0、22O）， 如果試樣寬度選擇地合適，可以獲得接近于單向拉伸應(yīng)變狀態(tài) （ei=-2e2或2=-2 2）和平 面應(yīng)變狀態(tài)（62=0或22=0）下的表面極限應(yīng)變量，通常，試樣的寬度規(guī)格越多，試樣 確定的成形極限圖越可靠。注：試樣長寬尺寸接近時，極限應(yīng)變量也有可能位于成形極限圖的右半邊部雙拉變形區(qū)內(nèi)。圖2.14剛性凸模脹形試驗原理成形極限試驗，因為這個試驗沒有給定

38、凸凹模的直徑，所以就都得自己設(shè)計，在這 里就得考慮板料厚度對凸凹模的間隙的影響，這里把板料的厚度分成兩個階段來進(jìn)行設(shè)計，首先是板料厚度小于2mm的板料，根據(jù)經(jīng)驗值，凹模圓角為 r5,用兩個壓延筋來 壓住材料，第一個是錐形的，第二個是矩形的，且讓第一個壓延筋接近凹?？趤韷鹤〔?料。其次是板料厚度大于2小于4mm的板料。凹模圓角為r10,也是用兩個壓延筋來壓 住板料，得一個壓延筋接近凹?？?，所不同的就是，這里的兩個壓延筋的形狀都是采用 矩形的。北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第21頁5.1凹模(1) 板料厚度為Ov t V 2,凹模圓角r=5mm凹模見圖2.15所示圖2.15成形極限凹模(2) 板

39、料厚度為2vtv 4,凹模圓角r=10mm。凹模見圖2.16所示圖2.16成形極限凹模5.2壓邊圈(1)板料厚度為Ov tv2時的壓邊圈，見圖2.17所示北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第25頁圖2.17壓邊圈板料厚度為OV tv2時的壓邊圈，見圖2.18所示I7TT北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁5.3成形極限試驗中的壓延如圖2.19所示，t >l，這里不是利用A、C環(huán)處的摩擦力來防止板料的流動，而是用B環(huán)處的摩擦與A、C處的拉力來防止板料的流動的。圖2.20成形極限模具的三維圖形北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計

40、（論文）第#頁BFFTT"A_-c-T±TI圖2.19成形極限模具圖2.20成形極限模具裝配北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第27頁第三章板材成形試驗機(jī)及運(yùn)動仿真1試驗機(jī)工作平臺的設(shè)計及建模圖3.1是在這次畢業(yè)設(shè)計中成形性能試驗所用的試驗機(jī)，這里要做的就是通過SolidWorks三維造型軟件設(shè)計該試驗機(jī)的工作平臺。圖3.1成形性能試驗機(jī)根據(jù)所給的試驗機(jī)相關(guān)尺寸，SolidWorks建模后的試驗機(jī)工作平臺如圖 3.2所示(a)上工作臺(b )下工作臺北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第29頁(d)下橫梁圖3.2試驗機(jī)工作平臺北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第27頁2、試驗機(jī)工作

41、平臺的裝配圖3.2試驗機(jī)工作平臺圖3.3試驗工作平臺安裝圖3、裝配工作臺大體的裝配過程既是：下橫梁一下工作臺一上工作臺一導(dǎo)柱一上橫梁一承力柱。北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第#頁4、運(yùn)動仿真模具的運(yùn)動仿真過程如下圖所示:(a)模具開始運(yùn)動時(b)模具運(yùn)動時北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第33頁(c)模具運(yùn)動終了時圖3.4拉深模的運(yùn)動仿真過程(凹模直徑為57mm)(a)試驗開始時(b)試驗過程中北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第35頁(b)運(yùn)動過程中北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第37頁(c)運(yùn)動過程中(d)運(yùn)動結(jié)束時圖3.6錐杯試驗在成形工作臺上的仿真過程北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）

42、第#頁第四章板料成形試驗的力學(xué)極限分析與計算1、板金成形的主要限制在金屬板料成形過程中板金成形的主要限制有以下幾個方面：（1）成形力的限制：以所用沖壓設(shè)備的能力和模具的強(qiáng)度作為成形力的上限。（2）尺寸的限制：以所用沖壓設(shè)備的大小和毛料尺寸作為成形尺寸的上限。（3）成形極限的限制包括： 拉伸失穩(wěn)（頸縮）或破裂的限制：希望材料無限制地變形或承受無限大的外 力都是不可能的。成形中，坯料上某一局部的應(yīng)力或應(yīng)變超過某一定值時就會在該處發(fā) 生失穩(wěn)或破裂。 壓縮失穩(wěn)或起皺的限制：薄板在不大的壓縮力或剪切力的作用下，就會失穩(wěn) 起皺。故坯料上局部出現(xiàn)過大的壓縮力或剪切力時就會產(chǎn)生壓縮失穩(wěn)，其發(fā)展結(jié)果是出 現(xiàn)起皺

43、。一般把毛料在拉伸或壓縮失穩(wěn)前能承受的最大變形程度稱之為成形極限。（4）外形準(zhǔn)確度和厚度變化率的限制：由于金屬塑性變形總含有彈性變形，故加 工后的零件一般不會和模具的形狀完全一致。由于塑性變形體積不變，伸長類成形區(qū)厚 度會變?。?amp;V0），壓縮類變形區(qū)厚度會變厚（&>0），故零件上必然厚度不均。（5）表面狀態(tài)的限制：與模具相接觸的材料有可能產(chǎn)生傷痕，自由表面也有可能 因塑性變形量和變形方式的不同而是表面狀態(tài)發(fā)生變化。（6）零件機(jī)械性能、理論性能等要求的限制：實(shí)際使用的是零件的材料，由于已有了較大的塑性變形，零件材料和原始板料在機(jī)械、理論化性能上都已有相當(dāng)大的不同。 例如零件

44、的殘余應(yīng)力會降低零件的使用強(qiáng)度及引起應(yīng)力腐蝕。 對此設(shè)計時應(yīng)予以考慮或 在成形后應(yīng)予以消除。統(tǒng)一板料在不同應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下，其極限變形能力不同。2、拉深試驗的力學(xué)極限分析如圖所示拉深試驗見圖4.1北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第41頁Ro-毛料半徑；ro-圓筒半徑；Rt-突緣半徑；R'-毛料上任一點(diǎn)處半徑；R- R'點(diǎn)相應(yīng)在突緣上的半徑。圖4.1拉伸試驗2.1突緣變形區(qū)分析對圖4.1拉深試驗，假定毛料半徑由Ro變?yōu)镽t時，平板毛料上半徑為R'的點(diǎn)轉(zhuǎn)移到突緣上半徑為R的地方。如圖4.1所示。根據(jù)體積不變條件，忽略板厚的變化，圓環(huán) R'- Ro的面積應(yīng)與圓環(huán)R-Rt

45、的面積相等。: R0 - R 2 =二 Rf _R2由此可以求得R = R0 二 RfR2突緣上R處的切向應(yīng)變?yōu)?2兀R, R ,R宀八=InIn In （ 4.1）2 呎 R Jr2-r2 十 R2當(dāng)R=Rt時，代入式（4.1 ）可以求得突緣邊緣的切向應(yīng)變；“為R<t=ln L（ 4.2）R 0當(dāng)R=ro時，可以求得ro處突緣的切向應(yīng)變 七0為vo=ln 2 r°22（ 4.2'）.Ro - Rtro圖4.2中的實(shí)線所表示的即為試驗求得的徑向、切向何厚向的三個主應(yīng)變分量 覘&在突緣上的分布規(guī)律，虛線所表示的是按式（4.1）求得的的分布規(guī)律。比較虛實(shí)兩 線可以看

46、出計算結(jié)果與試驗結(jié)果十分相近。圖4.2徑向、切向、厚向三個主應(yīng)變分量在突緣上的分布規(guī)律拉深時突緣變形區(qū)處于切向受壓、徑向受拉的應(yīng)力狀態(tài)。板厚方向雖然受到壓應(yīng)力 作用（由壓邊圈產(chǎn)生），但數(shù)值很小，可以忽略不計。從圖4.1上沿著直徑在突緣變形區(qū) 切取張角為的一個小扇形區(qū)域。再在小扇形區(qū)域的R處切取寬為dR的扇形體，見圖4.3所示，如果板厚為t、R處的切向應(yīng)力為a，徑向應(yīng)力為 喬貝U微體四周的外力也如 圖4.3所示。R t+d a Rt圖4.3因為微體處于平衡狀態(tài)，其徑向合力為零：北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第43頁'crRjt d ；rR/t I - ；rR4、t 2；R t = 0（

47、4.3）2角很小時，sin/2T2,忽略微體兩邊厚度的變化，取 dt=0,則對d（ <rRt）有:d GR ：t 二 dG R ：t dR G ：t -_rRt dt r ：R=d；r R：tdR 二忿 t(4.4)式（4.4）代入式（4.3）得:dRIR(4.5)（4.5）為微分平衡方程。根據(jù)密塞斯準(zhǔn)則與屈雷斯加準(zhǔn)則，有:(4.6)式中B表示中間主應(yīng)力C對于屈服條件的影響:2 一匚3 一 匚1 一二2(4.7)如果(C> c> c,則-1W/cW1。當(dāng) V尹±1 時,范圍 1<3< 1.1553=1;當(dāng)Vc=0時，薩1.155。B的變化突緣變形區(qū)代數(shù)值

48、最大的主應(yīng)力為徑向應(yīng)力cr。代數(shù)值最小的主應(yīng)力為切向應(yīng)力c。根據(jù)式（4.6）,并將3值近似取為1.1，塑性方程為:(4.8)聯(lián)立時（4.5）、式（4.8）,將式（4.8）代入式（4.5）得dR-1.1.6R再將式（4.9）代入式（4.8）,即可求得切向應(yīng)力c為：(4.9)1 -1.i -7r(4.10)（T可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)力曲線按最大主應(yīng)變近似確定。按式（4.1）,可知InR.r0-R2 R2所以CT為R的幕函數(shù)。式（4.9）積分很困難，為了簡化計算，將（T取為與R無關(guān)的常數(shù)碼。碼由突緣內(nèi)外邊緣的平均應(yīng)變確定。根據(jù)式（4.2）、式（4.2'）平均應(yīng)變?yōu)?所以平均應(yīng)力為:12Rd。R

49、76; ”R2 -Rr0(4.11a)(4.11b)kiln , Rt。I 2 RojR： -R*將丐代入式（4.9）,即可解得徑向應(yīng)力or為式中c為積分常數(shù)，利用邊界條件：當(dāng)R=Rt時，o=0,所以c = 1.1GInRt。最后可得:R.1.1©l nR 1.1和 nRt =1.1GIn -（4.12）R代入式（4.10）可以求得切向應(yīng)力 o為：rr、 = 1.16 1 -1nI（4.13）IR丿分析式（4.12）、式（4.13）可得，在給定拉深系數(shù) m=ro/Ro，給定材料牌號（即材料拉深實(shí)際應(yīng)力曲線幕次式中常數(shù) k和n），給定拉深時刻（即突緣半徑 Rt）,以不同的R值代入式（4

50、.12）、式（4.13）。便可得到突緣變形區(qū)拉、壓應(yīng)力的分布。圖 4.5即為o 和o的分布曲線。圖4.4 o和分布曲線如圖4.4所示，突緣上徑向拉應(yīng)力o和切向壓應(yīng)力 o的分布是兩條等距離的對數(shù)曲北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁線，其間隔距離等于1.1 cto徑向拉應(yīng)力d在凹模洞口（ R=ro時）最大，其值為Rt二 rmax =1.11門-ro= 1.1亍I nroRoRt=1.仁 In一InmRo(4.14)北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁(4.15)純剪應(yīng)力狀態(tài):cr、C絕對值相等的點(diǎn)（d=| c|）切向應(yīng)力c在突緣邊緣（R=Rt時）最大，其

51、值為=1.1二 i北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第#頁北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第45頁r R 、=1.何 1 - In- i< R丿R=0.61Rt即在突緣上0.61R-以外以壓應(yīng)力 c為主，以內(nèi)以拉應(yīng)力 c為主。且cmax與突緣起 皺有關(guān)，dmax與筒壁拉裂有關(guān)。所以下面對其分別作以下分析。圖 4.5所示的曲線是按 式（4.14）、式（4.15）求出的變化規(guī)律。圖4.5隨著拉深過程的不斷進(jìn)行，突緣變形區(qū)材料的變形程度與變形抵抗力逐漸增加，所 以dmaxRt/Ro曲線也始終上升，其變化規(guī)律與材料實(shí)際應(yīng)力曲線相似。在拉深的初始階 段dmax的增加比較快，以后逐漸趨于平緩。由式（4.14）可見。dmax的數(shù)值乃是G與InRt/ro的乘積，G表示材料的變形抵抗力, 隨著拉深過程的進(jìn)行，其值逐漸加大。In Rt/ro反映了突緣變形區(qū)的大小，隨著拉深的進(jìn) 行，突緣變形區(qū)逐漸減小，InRt/ro的數(shù)值也不斷減小