拉延筋 起皺破裂

1、使拉延筋起作用的必須條件必須依賴于足夠的壓邊力才能使拉延筋起作用。當(dāng)壓邊力不足時(shí),在壓邊圈與凹模面接觸的過(guò)程中,拉延筋自身成形不足,不僅不能增加材料流動(dòng)的阻力,隨著材料向里流動(dòng),凸緣面將產(chǎn)生皺紋,皺紋產(chǎn)生的阻力及皺紋通過(guò)筋時(shí)的反作用力會(huì)導(dǎo)致壓邊圈上浮,皺紋還將拉毛模面。另外即使壓料時(shí)筋的成形充分,如果壓邊力不足,材料通過(guò)筋時(shí)的反力也會(huì)造成壓邊圈上浮。生產(chǎn)過(guò)程中常常出現(xiàn)氣壓不足或波動(dòng)等引起壓邊力不足而造成廢品率上升的現(xiàn)象。因此使拉延筋起作用的必須條件是:初始?jí)毫ψ阋允菇畛尚?。確保在板料流入凹模的全過(guò)程中,隨著材料硬化加劇引起彎曲力不斷上升, 使筋不被抬起。(2) 當(dāng)零件對(duì)稱變形或者變形接近均勻及

2、不需要很大的脹形成分等情況下,不設(shè)置筋而采用平面壓邊形式。(3) 材料的相對(duì)厚度大時(shí),不用拉延筋甚至不用壓料。(4) 多次拉延時(shí),一般只在最后一次拉延時(shí)設(shè)置拉延筋。(5) 拉延筋阻力大小尚無(wú)準(zhǔn)確的量的計(jì)算,國(guó)內(nèi)外有多種計(jì)算拉延筋阻力的方法,這些方法都是建立在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的等效拉延筋阻力模型基礎(chǔ)上的。較簡(jiǎn)便的估算經(jīng)驗(yàn)公式如下:P = L tb式中: P 拉延筋約束力(kg)L 拉延筋全長(zhǎng)(mm)t 材料厚度(mm)b 材料抗拉強(qiáng)度(kg/ mm2 )這些計(jì)算方法的結(jié)果與實(shí)際情形有較多出入。一般情況下拉延筋的設(shè)置還是依經(jīng)驗(yàn)類比而行。在實(shí)際調(diào)模中對(duì)拉延筋的調(diào)試研配占有相當(dāng)?shù)墓ぷ髁?有時(shí)也是調(diào)模的主要手段

3、,常要反復(fù)調(diào)整拉延筋的位置、間隙、R 值、高矮、數(shù)量、光潔度,有時(shí)要重新堆焊拉延筋再打磨或上數(shù)控銑。如何準(zhǔn)確計(jì)算拉延筋的約束力,找出約束力與上述各調(diào)整要素的參數(shù)關(guān)系,繼而準(zhǔn)確設(shè)置拉延筋的位置、形狀、根數(shù),減少調(diào)試研配工作量,有待于進(jìn)一步探討。(6) 需借助數(shù)字仿真分析軟件對(duì)拉延筋的設(shè)置及更改作出快速評(píng)估,減少物理試模,降低制造成本,縮短制造周期。6. 1起皺 實(shí)際沖壓成形時(shí)，一般常采用調(diào)節(jié)壓邊力和設(shè)置拉仲筋的方法控制拉深過(guò)程中沖壓件突緣與側(cè)壁起皺，但由此又會(huì)導(dǎo)致板材成形極限下降，使沖壓件過(guò)早地發(fā)生破裂。特別是對(duì)于形狀復(fù)雜或深度大的沖壓件來(lái)說(shuō)，既要保證成形形狀或深度，又要抑制起皺發(fā)生，在實(shí)際加工

4、工藝中常常是比較困難的。當(dāng)起皺與破裂兩者發(fā)生矛盾時(shí)，起皺的抑制必須以板材不破裂為基本條件。由于起皺經(jīng)常發(fā)生在汽車的覆蓋件上形成波紋或折疊，極大地影響了表面質(zhì)量，因此近年來(lái)對(duì)起皺的研究，特別是理論研究越來(lái)越多。起皺的形成可以由H ill的分義準(zhǔn)則(Hutchin-son將其特別用于薄壁薄殼的情況)來(lái)預(yù)測(cè)，可以假設(shè)一個(gè)局部的分歧位移區(qū)，在這個(gè)位移區(qū)內(nèi)忽略接觸條件和連續(xù)性條件，就可以推導(dǎo)出只決定于材料性能和兒何性質(zhì)的臨界應(yīng)力。以卞應(yīng)力為坐標(biāo)軸的起皺極限圖就是依據(jù)這種方法制得的。研究表明zap，應(yīng)力狀態(tài)的各向異性以及進(jìn)入側(cè)壁的板料的曲率對(duì)起皺的影響最大，各向異性指數(shù)增大時(shí)，板料發(fā)生起皺時(shí)拉仲距離也變大

5、。起皺還與坯料的長(zhǎng)寬比有關(guān)，也與沖頭沖壓的距離有關(guān)zs用于起皺的有限元方法有兩種:一種是具有完美結(jié)構(gòu)的分義分析;另外一種是具有初始非理想度的非分義分析。對(duì)于第一種方法，它能夠非常精確地預(yù)測(cè)起皺現(xiàn)象，但是分析過(guò)程復(fù)雜，而目需要一定的起皺判據(jù);第一種方法的精確度受到初始非理想度的影響。Xu Xjeiliz采用了一種簡(jiǎn)單的模擬起皺現(xiàn)象的方法:在接觸算法中采用節(jié)點(diǎn)直接投影以及使用BH G ( blankholder gap)，這種方法避免使用起皺判別準(zhǔn)則，不需要復(fù)雜的塑性分義理論以及坯料的初始非理想度。謝暉等人z從16個(gè)單元區(qū)域的起皺分析入乎，用能量法計(jì)算，初步得到各單元的起皺臨界因了，然后進(jìn)一步進(jìn)行

6、區(qū)域搜索或選定區(qū)域計(jì)算，找到包含某單元最可能發(fā)生起皺的區(qū)域，得到能反映各單元起皺發(fā)生難易程度的起皺臨界因了，并用云圖將它描述出來(lái)，從而較精確、直觀地預(yù)測(cè)起皺的發(fā)生。 對(duì)不均勻拉應(yīng)力下的起皺機(jī)理、起皺規(guī)律、影響起皺高度的因素、消皺措施等，各國(guó)都進(jìn)行了大量研究工作。但對(duì)剪應(yīng)力下的起皺的研究還很少。崔令江zap研究表明，剪應(yīng)力起皺實(shí)驗(yàn)中試樣的起皺區(qū)長(zhǎng)度越大，其抗剪應(yīng)力起皺能力就越差;板材的硬化指數(shù)n值和厚向異性系數(shù):值越大，抗剪應(yīng)力起皺的能力越強(qiáng)。6. 2開裂 。開裂發(fā)生的位置卞要在:日模端部、側(cè)壁、日模圓角部位、法蘭部分和拉仲筋部分zy。由于開裂的影響因素很多，因此到日前為止，還沒(méi)有十分精確的判斷

7、開裂的準(zhǔn)則。對(duì)于開裂的判斷，現(xiàn)在用的比較多的卞要還是成形極限圖 30，包括FLCN ( forming limit curves at neck)以及FLCF ( forming limit curves at fracture);最大拉深率也是卞要判據(jù)之一，M in W an等人川結(jié)合了圓柱和圓錐杯形的內(nèi)在聯(lián)系，從理論上給出了圓錐杯形的極限拉深系數(shù)的判斷公式。 在有限元模擬上，人們一方面在探索新的模型，另一方面將現(xiàn)有的判斷準(zhǔn)則與有限元模擬結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究。I . Iomori 3z提出了一種節(jié)點(diǎn)分離的模型:將服從開裂準(zhǔn)則的單元體和與它鄰近的單元體共有的節(jié)點(diǎn)分離開來(lái)，也就是假設(shè)開裂沿著單元體的

8、邊界擴(kuò)展;而一般的有限元模型中常常將服從開裂準(zhǔn)則的單元直接刪除，在一定程度上改變了材料本來(lái)的特性，導(dǎo)致模擬結(jié)果誤差相對(duì)較大CZ. H. Chen等人33應(yīng)用了混合有限元法(M fixed fi-nite element method) ,混合了位移不I I壓力的有限元法，可以對(duì)板料成形中的不可壓縮的塑性變形進(jìn)行比較精確的模擬。而Ridha H ambli等人3a用了一種反向技術(shù)的模型，可以識(shí)別開裂準(zhǔn)則的臨界值，從而將其應(yīng)用于開裂模擬中，對(duì)研究開裂準(zhǔn)則和開裂模擬都有很大的幫助。 另外，由于摩擦力在板料成形過(guò)程中常常充當(dāng)拉應(yīng)力的一部分，所以摩擦和潤(rùn)滑也是研究開裂問(wèn)題的卞要方向之一。薄板沖壓成形過(guò)程

9、中的壓邊力(BHF) 是板料塑性成形的一個(gè)重要的工藝參數(shù)1 。壓邊力的主要作用是用來(lái)增加板料中的拉應(yīng)力, 控制材料的流動(dòng), 避免起皺。一般來(lái)說(shuō), 壓邊力過(guò)小, 無(wú)法有效地控制材料的流動(dòng), 板料很容易起皺; 而壓邊力過(guò)大, 雖然可以避免起皺, 但拉破的趨勢(shì)會(huì)明顯增加, 同時(shí)模具和板料表面受損的可能性亦增大, 從而影響到模具的壽命和板料成形的質(zhì)量。所以, 壓邊力的合理控制就成為薄板沖壓成形過(guò)程中的一個(gè)十分重要的因素。沖壓工藝是非常復(fù)雜的問(wèn)題，每個(gè)零件都有自己結(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn)，工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)和壓料面形狀千差萬(wàn)別，板料的性能參數(shù)各不相同，還有沖壓過(guò)程中的潤(rùn)滑條件、壓邊力大小、拉深筋設(shè)置等工藝參數(shù)也不相同，

10、這些因素都或多或少地對(duì)零件的沖壓工藝有一定影響，而且這些因素有時(shí)還是相互影響，僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)很難將這些因素全部或者綜合考慮，因此在這些復(fù)雜因素中積累經(jīng)驗(yàn)比較困難，積累的過(guò)程也都比較漫長(zhǎng)，可能需要5年也可能是10年或者更長(zhǎng)時(shí)間，而且大部分的經(jīng)驗(yàn)是在失敗的基礎(chǔ)上積累起來(lái)，因此經(jīng)驗(yàn)的積累需要付出很大的代價(jià)。四、在自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)是在模擬成形過(guò)程中，在坯料遇到比較劇烈變形時(shí)自動(dòng)進(jìn)行局部區(qū)域的網(wǎng)格細(xì)分，以提高這些部位計(jì)算的準(zhǔn)確度。自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)沖壓成形是至關(guān)重要的，因?yàn)槌跏嫉臎_壓板材通常比較平坦、形狀很簡(jiǎn)單，剛開始就采用較小的網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)間將很長(zhǎng)。到成形后期，板材變的非常復(fù)雜，網(wǎng)格不細(xì)將無(wú)法提高計(jì)算精度，

11、自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)剛好解決了這一問(wèn)題，并在時(shí)間與精度上巧妙地取得了平衡。自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)提高了對(duì)零件的表面質(zhì)量（表面缺陷、擦傷、微皺紋等現(xiàn)象）判斷的準(zhǔn)確性。1、 拉伸件起皺原因的分析 在研究具有復(fù)雜的曲面形狀的拉深件之前，首先討論最簡(jiǎn)單的材料平板形狀。在平面應(yīng)力作用下，平板的板厚方向由于外力的壓縮成分（、中的負(fù)應(yīng)力）的存在而可能引起不穩(wěn)定。引起這種應(yīng)力狀態(tài)的外力是有很大區(qū)別的，大致可分為壓縮力、剪切力、不均勻的拉伸力、板內(nèi)彎曲力等。當(dāng)這些外應(yīng)力中的壓應(yīng)力成分在平板的板厚方向達(dá)到或超過(guò)其材料的穩(wěn)定極限時(shí)，工件便產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。 工件在拉深時(shí)，其凸緣部分在切向壓應(yīng)力作用下，使凸緣材料失去穩(wěn)定而形成起皺。一

12、般來(lái)說(shuō)切向壓應(yīng)力在凸緣的外邊緣為最大，故起皺也首先在最外邊緣出現(xiàn)。同時(shí)，材料的相對(duì)厚度t/d0越?。床牧显奖。饺菀装l(fā)生起皺。起皺的走向與壓應(yīng)力的方向垂直。除了壓應(yīng)力以外，還有其它應(yīng)力成分引起的起皺，其形狀也不相同。 根據(jù)以上分析，拉伸過(guò)程中工件是否起皺主要由以下兩個(gè)方面的因素來(lái)決定。 、坯料的相對(duì)厚度t/d0。坯料的相對(duì)厚度越小，工件抗失穩(wěn)能力越差，即越易起皺。 、拉深系數(shù)m。拉深系數(shù)m越小，變形程度越大，切向壓應(yīng)力也隨之增大。同時(shí)m小時(shí)，凸緣部分的寬度大，其抗失穩(wěn)的剛度越差，所以坯料的起皺現(xiàn)象越厲害。 工件在拉伸時(shí)，是否能起皺的極限條件，可按下式計(jì)算： t/d0100%（34.5）（1

13、-m） 式中：t坯料厚度，mm d0坯料直徑，mm m首次拉深系數(shù)。 若坯料的相對(duì)厚度及拉深系數(shù)滿足上述條件，工件在拉深時(shí)是不輕易起皺的，否則工件起皺極易產(chǎn)生，且t/d0越小，m越小，越易發(fā)生。 2、 防止拉深件起皺的措施 2.1、增加壓邊圈的壓力 在拉深模中一般都加有防皺壓邊圈，其壓邊力在拉深過(guò)程不能過(guò)大或過(guò)小。若過(guò)大會(huì)增加坯料與凹模間的摩擦而使工件拉裂；若過(guò)小會(huì)使工件發(fā)生失穩(wěn)而引發(fā)起皺。故拉深開始時(shí)就應(yīng)施加壓邊力，且在拉深過(guò)程中對(duì)壓邊力進(jìn)行隨機(jī)調(diào)節(jié)和控制。對(duì)于單邊壓力機(jī)最好選用氣墊和液壓來(lái)控制壓邊力。對(duì)于拉深一些中、小型的工件，還可采用彈簧和橡膠，靠自身的彈性力來(lái)控制壓邊力的大小。 對(duì)于雙

14、動(dòng)壓力機(jī)，由于有兩個(gè)滑塊，故在拉深一開始時(shí)，外滑塊首先進(jìn)行壓邊，而內(nèi)滑塊進(jìn)行拉深。這時(shí)應(yīng)該控制好壓邊間隙Z（壓邊圈下底面和凹模上平面之間的距離）來(lái)調(diào)整壓邊力。若壓邊間隙Z1小時(shí)，當(dāng)材料變厚后壓邊力就會(huì)猛增，對(duì)拉深極為不利，這時(shí)需要重新調(diào)整間隙值。一般情況下，間隙值Z1=（1.031.07）t較為合適（t為材料厚度）。 2.2、增加徑向拉應(yīng)力1 主要采取以下措施 2.2.1、工件加拉深筋 對(duì)于一些復(fù)雜曲面的工件，特別是對(duì)于凸緣較大的工件，應(yīng)設(shè)有拉深筋，對(duì)防皺起到很好的效果。拉深筋應(yīng)設(shè)在徑向拉應(yīng)力較小的位置外。 2.2.2、采用反拉深方法 采用反拉深方法可增加彎曲和磨擦，從而加大了徑向拉應(yīng)力，可預(yù)防起皺。 2.3、增加工序 對(duì)于必須深拉深的工件