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1、板坯落料方向?qū)︻怳型件拉深成形質(zhì)量的影響摘要：分析了轎車左右后縱梁拉深成形特點(diǎn)及板料的面內(nèi)各向異性特征,應(yīng)用rlat平面各向異性屈服準(zhǔn)則,在不改變模具幾何形狀、壓機(jī)參數(shù)和板料的機(jī)械性能的條件下,分析落料方向不同對(duì)其成形質(zhì)量的影響，提出板料抗厚向變形能力小的方向與類U型件開(kāi)口方向一致時(shí),不增加成本可以提高沖壓件的成形質(zhì)量. 關(guān)鍵詞：面內(nèi)各向異性;類形件；落料方向 一、引言 影響薄板成形質(zhì)量的因素可分為三大類：模具的幾何參數(shù)、壓機(jī)參數(shù)和材料參數(shù)。Yu-Mi Hag研究了模具圓角、凸凹模的間隙對(duì)拉深成形質(zhì)量及回彈的影響,陳關(guān)龍2研究了拉深筋的設(shè)置對(duì)轎車行李箱蓋板拉深成形質(zhì)量的改善情況。MA。Ahme
2、toglu和AAltan3研究了壓邊力曲線設(shè)置對(duì)薄板成形性能的影響，他們?cè)诜抡娣治鲋?，保持模具參?shù)、材料參數(shù)不變的情況下，利用坯料厚度的變化量、凸模作用力、拉應(yīng)力為反饋量來(lái)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制壓邊力曲線,從而改善拉深件成形質(zhì)量;在實(shí)驗(yàn)中，用仿真分析中獲取的壓邊力曲線來(lái)開(kāi)環(huán)控制壓邊圈的運(yùn)動(dòng),成功地用變壓邊力將直徑為302m高強(qiáng)度鋼板拉深成高度為59mm的杯形件，而采用恒定壓邊力時(shí)拉深成形高度不超過(guò)8m。林忠欽4對(duì)轎車側(cè)框的沖壓過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真,分析了側(cè)框沖壓過(guò)程中的變形狀態(tài)和穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)的選材參數(shù),通過(guò)提高材料機(jī)械性能指標(biāo)，即提高板材的硬化指數(shù)或厚向異性指數(shù)R來(lái)改善側(cè)框的成形性能。 修改模具參數(shù)來(lái)改善
3、產(chǎn)品的成形質(zhì)量只適合于在模具設(shè)計(jì)期間進(jìn)行；采用可變壓邊力來(lái)改善板材的成形性能則要求沖壓設(shè)備具有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備，且目前具備計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制的沖壓設(shè)備還只是在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用;提高材料機(jī)械性能指標(biāo)固然可以提高產(chǎn)品成形質(zhì)量和穩(wěn)定性,但同時(shí)生產(chǎn)的成本將大大提高。 本文分析了轎車左右后縱梁拉深過(guò)程的成形特點(diǎn)，應(yīng)用Barat屈服準(zhǔn)則5,6,根據(jù)材料的面內(nèi)各向異性特點(diǎn),在不提高材料機(jī)械性能指標(biāo)、不改變現(xiàn)有沖壓設(shè)備條件下,分析落料方向不同對(duì)轎車左右后縱梁的成形質(zhì)量的影響。 二、Bart屈服模型本文仿真計(jì)算采用Blat屈服模型，該模型適用于分析平面應(yīng)力狀態(tài)下板料為面內(nèi)各向異性的彈塑性變形，如薄板沖壓成
4、形，使用各向同性指數(shù)硬化法則，能準(zhǔn)確反映板料面內(nèi)各向異性對(duì)成形性能的影響。平面應(yīng)力下Barlat各向異性屈服準(zhǔn)則為： 2my|+k+ak1k2m+|2m 式中y屈服應(yīng)力 a和c-各向異性材料常數(shù) mBalt指數(shù) k1=xx-hy2 和附加的各向異性材料常數(shù) 對(duì)于指數(shù)硬化，材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為：=K(+）n式中K強(qiáng)度系數(shù)0初始屈服應(yīng)變 p塑性應(yīng)變 n硬化指數(shù)所有的各向異性材料常數(shù)，除了隱含定義外，都由寬厚應(yīng)變比即厚向異性指數(shù)R決定: 對(duì)于任意角度方向的寬厚應(yīng)變比可由下式計(jì)算：式中沿方向的單向拉伸應(yīng)力 當(dāng)=45時(shí)，設(shè)則通過(guò)反復(fù)迭代就可計(jì)算出系數(shù)P。 三、左右后縱梁拉深過(guò)程的有限元仿真 1.拉深過(guò)程的
5、成形特點(diǎn) 圖1是左右后縱梁的拉深制件圖.可以看出在左右后縱梁的XZ平面內(nèi)只存在繞Y軸方向的彎曲變形；在YZ面內(nèi),Z向存在120mm深度的拉深變形，方向的材料承受拉伸變形。從其成形特點(diǎn)來(lái)看，左右后縱梁是一個(gè)較為復(fù)雜的類型拉深件，Y方向的拉伸變形程度比X方向的拉伸變形程度要大得多.在左右后縱梁的右半部分存在階梯拉深成形,其中A、B區(qū)為零件板料厚度減薄量最大的區(qū)域;在左右后縱梁的左半部分C區(qū)離定位孔很近。在左右后縱梁拉深成形過(guò)程中A、B、三個(gè)區(qū)域可能是左右后縱梁成形中的薄弱環(huán)節(jié)。圖1左右后縱梁的拉深制件 （a）主視圖 （）軸側(cè)圖板坯的材料性能參數(shù) 表是板坯材料S140-T的機(jī)械性能參數(shù).其中厚向異性
6、指數(shù)R值是評(píng)價(jià)金屬薄板拉深性能的重要指標(biāo),它反映金屬薄板在其平面內(nèi),承受拉力或壓力時(shí)，抵抗變薄或變厚的能力。從表中數(shù)值可以看出R值在9方向最大，說(shuō)明板坯在90方向抵抗變薄或變厚的能力最強(qiáng)。表1145T材料性能參數(shù)表 3。不同落料方向的仿真計(jì)算結(jié)果在不改變模具參數(shù)、壓機(jī)參數(shù)和材料牌號(hào)的條件下，針對(duì)兩種落料情況:板坯的X方向(見(jiàn)圖2)和材料軋制方向相同（ASE)與板坯的方向和材料軋制方向成90(CASE2），對(duì)左右后縱梁進(jìn)行拉深成形過(guò)程的有限元仿真。圖3和圖3分別是SE1與AS2的左右后縱梁拉深成形后工程主應(yīng)變分布狀況?？梢钥闯?當(dāng)板坯的X方向與板料軋制方向成0時(shí)，左右后縱梁拉深成形后的最大工程主
7、應(yīng)變?yōu)?。77，比板坯的X方向與板料軋制方向成0時(shí)的最大工程主應(yīng)變31.3%大10.3%。進(jìn)一步對(duì)兩種落料方式成形后左右后縱梁的三個(gè)關(guān)鍵區(qū)域A、B、C的工程主應(yīng)變、工程次應(yīng)變、厚度、等效應(yīng)力進(jìn)行比較如表所示，可見(jiàn)CAE1的最小厚度比CSE的最小厚度要大，C1的最大工程主應(yīng)變比CASE2要小，且兩種落料方式導(dǎo)致成形后的危險(xiǎn)區(qū)域發(fā)生了變化,AS的危險(xiǎn)區(qū)出現(xiàn)在A區(qū)，而CASE2中B區(qū)為危險(xiǎn)區(qū)域. 圖2 左右后縱梁板坯圖3左右后縱梁拉深成形后的工程主應(yīng)變 (）板坯方向與材料軋制方向相同 (b）板坯方向垂直于材料軋制方向表2兩種落料方式時(shí)關(guān)鍵區(qū)域的計(jì)算結(jié)果4.成形質(zhì)量分析 成形極限圖(LC/FD7）是分
8、析沖壓件開(kāi)裂與否的主要判據(jù)。如圖所示，根據(jù)材料性能如值、值、厚度，計(jì)算出理論成形極限曲線FC,然后將沖壓件各點(diǎn)的變形狀態(tài)與材料的FLC曲線進(jìn)行比較，判斷其是否處于安全區(qū)域。圖4左右后縱梁拉深成形后的FLD圖（）板坯X方向與材料軋制方向相同 （)板坯X方向垂直于材料軋制方向通常沖壓件上某一點(diǎn)的最大變形1與材料的極限變形k間的存在著差值，即=k-1。同一零件中不同點(diǎn)的變形不同，其也不同,其中必有一最小的，將之記為mi,并稱為變形余裕度。一般情況下板材有效部位(最終零件所處部位)的變形余裕度min10時(shí)，沖壓件的穩(wěn)定生產(chǎn)可以得到較好的保證。 圖4a和圖b分別是S1和CSE時(shí)的左右后縱梁拉深成形后的F
9、LD圖。圖4中的變形余裕度min=15，最大變形點(diǎn)位于A區(qū)；圖4b中的變形余裕度mn。6%,最大變形點(diǎn)位于區(qū).這表明，當(dāng)板坯的X方向與板料的軋制方向成90時(shí)，區(qū)已趨近于臨界頸縮，生產(chǎn)過(guò)程中工藝條件稍一波動(dòng)，零件就可能出現(xiàn)局部拉裂現(xiàn)象. 。討論 如表1所示,左右后縱梁沖壓用板材ST145T沿軋制方向的厚向異性指數(shù)R00=1.7、垂直于軋制方向的厚向異性指數(shù)0=25，二者相差較大。對(duì)于這種面內(nèi)各向異性較大的板材,落料方向的選取,對(duì)沖壓成形質(zhì)量有明顯的影響. 從成形的特點(diǎn)來(lái)看,左右后縱梁的拉深成形過(guò)程類似于U形件的拉深成形,當(dāng)板坯Y方向的抗減薄能力比方向的抗減薄能力強(qiáng)時(shí),有利于提高拉深成形質(zhì)量。從本
10、文仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)板坯X方向與軋制方向相同時(shí)，左右后縱梁成形后的變形余裕度min1.，板坯變形處于安全區(qū)域；而當(dāng)板坯X方向與軋制方向垂直時(shí),成形后的變形余裕度min1。6，變形進(jìn)入臨界區(qū)域，成形質(zhì)量不穩(wěn)定。這說(shuō)明在這種類型件的實(shí)際生產(chǎn)中，板坯落料方向?qū)Τ尚钨|(zhì)量有著重要的影響. 四、結(jié)論 薄板沖壓成形過(guò)程中,板材的面內(nèi)各向異性對(duì)成形質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生重要的影響。利用Bala屈服模型可以準(zhǔn)確地反映薄板沖壓成形過(guò)程中板材的面內(nèi)各向異性對(duì)成形質(zhì)量的影響。對(duì)于沖壓左右后縱梁這樣的類形件，使板材抗厚向變形能力小的方向與類U形件開(kāi)口方向一致,可以在不修改模具、壓機(jī)參數(shù)的情況下，提高沖壓件的成形質(zhì)量.文中如有不足，請(qǐng)您指教！5 / 5
板坯落料方向?qū)︻怳型件拉深成形質(zhì)量的影響
