可移動(dòng)凹模對(duì)板材液壓成形的影響

可移動(dòng)凹模對(duì)板材液壓成形的影響

板塊變形技術(shù)是第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。最初的建模技術(shù)主要是利用皮膜和皮袋的形成技術(shù)。在20世紀(jì)80年代末，該技術(shù)已在大型車輛覆蓋和飛機(jī)板的制造中得到應(yīng)用。1960年至1970年，充液拉深技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用，并在汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代，板材變形技術(shù)在多個(gè)方面得到了發(fā)展，包括無框架錘形成技術(shù)、板材形成技術(shù)和粘性介質(zhì)壓力形成技術(shù)。張士宏研究員于2001年提出了一種可移動(dòng)凹模板材液壓成形技術(shù)(見圖1),該技術(shù)采用組合凹模,凹模由固定部分和可移動(dòng)部分組成,實(shí)現(xiàn)拉深與脹形的復(fù)合成形.可移動(dòng)凹模可在板材變形初期首先與坯料接觸,接觸區(qū)域坯料發(fā)生塑性變形貼模成形,然后在摩擦力的作用下與可移動(dòng)凹模保持貼合接觸,使變形區(qū)外移到非接觸區(qū)域.初步研究表明,采用可移動(dòng)凹模板材液壓成形技術(shù),板材減薄現(xiàn)象明顯減輕,成形極限得到明顯提高.這種新技術(shù)適用于鋁合金等復(fù)雜形狀板件和低塑性輕質(zhì)材料如鋁鋰合金、鎂合金板材的成形.本文將進(jìn)一步研究可移動(dòng)凹模板材液壓成形技術(shù),可移動(dòng)凹模及其加載方式對(duì)復(fù)雜形狀零件成形的影響.基于圖1,提出了圖2關(guān)于可移動(dòng)凹模的的兩種不同加載方式.圖2(a)為可移動(dòng)凹模加載方式1,其中,P為液壓載荷(MPa),f為可移動(dòng)凹模反向作用力((kN),v為可移動(dòng)凹模移動(dòng)速度(mm/s).板材開始變形時(shí)與可移動(dòng)凹模接觸.在變形過程中,板材在液壓載荷的作用下推動(dòng)可移動(dòng)凹模,同時(shí),可移動(dòng)凹模作用于板材一反向作用力.變形最后階段,板材貼模成形.圖2(b)為可移動(dòng)凹模加載方式2.可移動(dòng)凹模位于最低位置,板材開始變形時(shí),沒有與可移動(dòng)凹模接觸.在液壓載荷的作用下,板材產(chǎn)生自由脹形,與此同時(shí),可移動(dòng)凹模以一定的速度向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)可移動(dòng)凹模運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí),板材與其接觸并開始包裹可移動(dòng)凹模的肩部,隨后可移動(dòng)凹模在板材的推動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng),最后貼模成形.1實(shí)驗(yàn)參數(shù)及意義實(shí)驗(yàn)用材料為1.0mm厚軟鋼(DC06/3D).材料的力學(xué)性能參數(shù)通過拉伸試驗(yàn)獲得,見表1,表中nˉnˉ為應(yīng)變硬化指數(shù),rˉrˉ為厚向異性指數(shù),CˉˉˉCˉ為體積模量.毛坯直徑為196mm.其他各實(shí)驗(yàn)參數(shù)及其意義如圖3所示.實(shí)驗(yàn)中采用定壓邊間隙,壓邊圈與容槽之間的間隙s=1.30mm,合模力Fc=150t.所有的實(shí)驗(yàn)都是在375tLagan雙動(dòng)液壓機(jī)上完成的.液壓槽中的液體通過比例減壓閥來控制,其最大壓力可以達(dá)到70MPa.2試驗(yàn)結(jié)果與分析部分成形零件如圖4所示,厚度分布的方向如圖5所示.2.1可移動(dòng)凹模對(duì)可移動(dòng)凹?？梢苿?dòng)凹模可移動(dòng)凹模減薄率的影響液壓載荷為13.5MPa,當(dāng)有可移動(dòng)凹模時(shí)可移動(dòng)凹模的反向作用力為70kN.圖6為有無可移動(dòng)凹模板材厚度分布比較,可以看出,有可移動(dòng)凹模時(shí)的板材分布比較均勻,而沒有可移動(dòng)凹模時(shí),在可移動(dòng)凹模肩部的A區(qū),板材過度減薄.而且,在試驗(yàn)中,沒有可移動(dòng)凹模時(shí)板材很難成形.從圖6還可以看到,在B區(qū),沒有可移動(dòng)凹模時(shí)板材的減薄率是11.58%,而有可移動(dòng)凹模時(shí)減薄率15.28%.在A區(qū),對(duì)于沒有可移動(dòng)凹模和有可移動(dòng)凹模時(shí)的減薄率分別為19.27%和12.55%.這些數(shù)據(jù)表明,可移動(dòng)凹模對(duì)可移動(dòng)凹模肩部板材的減薄起到了一定的緩解作用.圖7為有無可移動(dòng)凹模時(shí),成形板材厚度應(yīng)變分布的網(wǎng)格分析,可以看到,對(duì)于有可移動(dòng)凹模的板材液壓成形,板材厚度分布比較均勻,而沒有可移動(dòng)凹模時(shí),可移動(dòng)凹模肩部A區(qū),板材過度減薄.沒有可移動(dòng)凹模時(shí),A區(qū)和B區(qū)的厚度應(yīng)變分別為-20.8%和-10.4%.有可移動(dòng)凹模時(shí),A區(qū)和B區(qū)的厚度應(yīng)變分別為-13.4%和-10%.圖6所示的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)及圖7中的網(wǎng)格分析均表明,相比無可移動(dòng)凹模的液壓成形,可移動(dòng)凹模能有效地緩解成形零件的壁厚分布不均.由于可移動(dòng)凹模在成形初期(可移動(dòng)凹模加載方式1)或在某一位置(可移動(dòng)凹模加載方式2)與坯料接觸,在一定的可移動(dòng)凹模反向作用力下,產(chǎn)生變形,并且開始包裹可移動(dòng)凹模的肩部.坯料與可移動(dòng)凹模接觸區(qū)域,尤其是可移動(dòng)凹模肩部附近區(qū)域的摩擦能有效地緩解該處進(jìn)一步減薄,使變形區(qū)外移,最終使成形零件具有比較均勻的厚度分布.2.2可移動(dòng)凹模加載方式2液壓載荷為14MPa,可移動(dòng)凹模的反向作用力為90kN,可移動(dòng)凹模的移動(dòng)速度設(shè)置為7mm/s.不同可移動(dòng)凹模加載方式下成形零件的厚度分布如圖8所示.從圖8可以看出,對(duì)于可移動(dòng)凹模加載方式2,板材厚度分布比較均勻.加載方式1和加載方式2,在A區(qū)的厚度減薄率分別為14.52%和12.55%,在B區(qū)的厚度減薄率分別為11.53%和15.28%.顯然,后者更有利于厚度的均勻分布.對(duì)于可移動(dòng)凹模加載方式1,從一開始坯料的變形就集中在可移動(dòng)凹模肩部以外的區(qū)域.而采用可移動(dòng)凹模加載方式2時(shí),坯料在與可移動(dòng)凹模接觸前產(chǎn)生了自由液壓脹形,在隨后的變形中,坯料與可移動(dòng)凹模接觸并包裹可移動(dòng)凹模,可移動(dòng)凹模與板材之間的摩擦,尤其是可移動(dòng)凹模肩部附近與板材之間的摩擦使得變形區(qū)逐漸外移,這種變形方式更有利于成形零件壁厚的均勻分布.此外,如果坯料與可移動(dòng)凹模接觸之前變形過大,極限就是無可移動(dòng)凹模的情況,會(huì)導(dǎo)致成形零件的壁厚分布均勻性變差.因此,在不考慮其他影響因素條件下,存在一個(gè)可移動(dòng)凹模與變形坯料接觸的合適位置,使成形零件的壁厚分布均勻性最好.3