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    基于圆锥形冲压过程中极限图系数的决定.doc

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    基于圆锥形冲压过程中极限图系数的决定.doc

    基于圆锥形冲压过程中极限拉深系数的决定 2001 年,机械工程学报万敏 杨玉英 李硕本摘要圆锥件成形极限能够通过极限拉深系数[m]( 来进行表示。m 代表锥形]/[0Dd件的极限拉深系数, 是冲模直径, 是毛坯直径,[m] 是极限拉深比的倒数。基于圆dD0柱和圆锥之间的内在联系,[m]的实际计算方程来源于机械分析,同时[m]表示了成形极限曲线和在第一次拉深过程中极限拉深系数被给出。在本文中,极限拉深系数通过实验证明变得更加精确和方便。1.介绍极限拉深系数,是极限拉深比的倒数,它是拉深过程中最重要的一个加工参数。它反映了金属薄片在拉深期间塑性失效的最大变形,同时它也是一个作为判断是否成功构成,形成一个计划,和安排一个布局工具的标准。在拉深过程中,拉深极限拉深系数的确定是一个重要的研究内容,有许多学者对他进行了研究。获得了一些理论和经验方程,但是这些学者主要致力于圆柱形和方形直壁的冲压理论[1-5] 。到目前为止,带斜壁的圆锥形件,仅仅有一些在特殊形成条件下拉深的实验数据和经验方程,同时这个经验和类比的方法仍旧主要是基于判断是否能够形成零件[4-6]。因此,如何去拟定一个加工计划和和制作一个安排布局工具仍旧在实际的圆锥形拉深过程中非常困难。在此次研究中,通过使用机械分析和结合在圆锥和圆柱之间的内在联系,锥形的极限拉深系数在理论上断定,在实验中被证实。2.理论分析图 1 是一个圆锥形拉深的插图。早期的研究展示了有一个凸模圆角的锥形侧壁切点,在图 1 中用 N 来表示,它是断裂的临界面。在这个位置的径向应力是 rn5.02ln1. trertrQKdbdtrn (1)这里 K 是相对圆锥直径, 。dpdprDK//凸模直径,pD凹模直径,d摩擦因子t 毛坯厚度,凸缘外半径,tr在凸缘材料的变形阻力,抗张强度,b凹模半径,dr其他的特征在图 1 中进行了说明。当 ( 是原始毛坯半径) ,径向应力 在整个拉深过程中达到最大值9.0/rtrrn(2)  5.029.0ln1.83.210max tremtrQKdbrn3nnbe219.l在这里 m 是拉深系数, ,]/[0Dd是原始毛坯直径,0Dn 是应变强化指数,圆锥形拉深的断裂准则由参考文献[8]公式决定(4)bneRC12同时     21/cos21/cos1 cos21/cos 00000 npnnppn pn etetetret retRC (5)这里 R 是标准各向异性,凸模圆角半径,其他的符号在图 1 中展示。p显然, 是一个确保零件成功形成的必须条件,然而,当 ,maxrN maxrN断裂将在临界面发生。从公式(2)可以知道径向应力随着系数 m 的减少而增加,那即是说,系数 m 对变形量有很大的影响。因此,当 达到极限应力 ,临界部分接近断裂,maxrN公式(2)和(4)相等(6) 5.029.0ln1.83.10 tretrQKdb bneRC12通过这个方程锥形拉深的变形极限就有可能通过极限拉深系数[m]( 被确定。]/[0Dd然而,从公式(3)和(6)我们可以知道,公式(6)的情况仅仅在数值上发现,因此这个方法不方便在实际产品中使用。因此,下面将更深入的研究决定极限拉深系数[m]的实用方法。3.决定成形极限系数的实用方法我们从参考文献[7]变形分析可以知道圆柱形和圆锥形之间的内部关系,后者作为是前者一种特殊情况,相对应的圆锥直径 。我们知道圆柱件极限拉深因子 的确定对1K1m实际生产是相对完善和有着广泛的应用。由于这些原因,以下将基于圆柱和圆锥之间的内在联系确定圆锥件的极限拉深系数[m]。对于杯状拉深操作,在正常的形成条件下,例如一个合理的凹模圆角半径,毛坯压边力,润滑模式等等,在法兰区的应力形变都近似等于在整个拉深过程中的最大径向应力的65-75[2,7] 。因此对于圆锥形件的拉深通过公示(2)和(6)可知(7)emKrN9.0ln1.max同时,对于圆锥形拉深,由于 和当 时,侧壁临界面的圆角应力在整1K9.0/rt个拉深过程中达到最大值[2]812/1max9.0ln.erN此时,下标 1 表示圆柱件的情况。此外,参考文献[8]说明了在公式(5)中 C 值对于不同的倾斜角 是处于 0.924 和0.930 之间。同时 都表示在凸缘区域的变形阻力,它主要与抗拉强度 和 n 值有关。1和 b摩擦因子 通常在 0.08-0.15 之间,因此对于近似计算,。那么从公式(7)和( 8)得2/11,e和9Km9.0公式(9)表示了圆锥形极限拉深因素 和圆柱形极限拉深因素 之间取决于相对m1m锥形直径 K,当 K1, 。1图 2 通过 展示了成形极限曲线,它由公式(9)基于参考文献[4]的 值计算得m1来。如果通过相关圆锥直径 K 和零件拉深因素 m 确定点,与相应的 曲线有关,0/Dt于是这零件仅仅需要一级拉深,否则它需要多级拉深。表格 1 是在第一次圆锥拉深期间的极限拉深因素 值,它参考了文献[4]通过使用公式(9)进行了计算。按照相对圆锥直径 K 和零件毛坯相对厚度 ,使用这个表10/Dt格确定极限拉深因素的相对值。如果零件的拉深因素[m]( 小于这个值,表格 1][d中的值,那么这个零件不能成功在一级拉深中形成,它需要多次拉深。从图 2 和表格 1,可以知道,当成形极限随着 K 的增加而增加时,极限拉深因素[m]减少,反之亦然。因此圆锥拉深比圆柱拉深更加困难。图 2 和表一展示了[m]随着 增加0/Dt而减少,同时随着成形极限增加而减少。值得注意的是在参考文献[4]中提到,圆柱件的极限拉深因素 仅仅适用于金属薄1m层例如低碳钢和软铜。对于高塑性的金属薄层, 值减少了 1.5-2;同时对于低塑性的1金属薄层, 值可能增加了 1.5-2。1m因此,以上的情况必须考虑通过公式(9)来确定。图 2 和表 1 可应用于金属薄层例如低碳钢和软铜,同时对于高塑性和低塑性金属薄层,图 2 和表 1 的值应该分别乘以。KK02.15.,80.75. 4.实验验证表 2 展示了三种金属薄层的圆锥成形情况,三种材料分别是 08A1 薄钢板(t0.8mm,08F 薄钢板(t0.8mm和 5754M 铝合金薄板(t1.0mm。表格确立了不同的材料属性,如同不同的极限拉深因素一样,尽管这些材料有相同的拉深因素和相对圆锥直径。表 3 展示了不同的相对圆锥直径的成形情况,在这里材料使用的是 08A1 金属薄片。它建立了相对圆锥直径 K 不同,如同极限拉深因素[m]不同一样,成形困难度也不同。K 值越大,[m]值越小同时成形越容易,因此圆锥形拉深比圆柱形拉深越困难。表 4,展示了不同拉深因素圆锥的形成情况,在这里材料使用的是 08A1 金属薄片。它证实了拉深因素 m 越小,成形度越大,同时形成越困难。从上分析可知,评价结果和实际形成过程有很好的一致性,因此确定极限拉深因素的实践方法是方便和精确的。5.结论1 圆锥件拉深的变形极限能够通过极限拉深系数[m]来表示,[m]值越小,变形极限越大,反之亦然。2 圆锥件的极限拉深系数[m]的实际计算方程能够通过方程(9)来确定,在第一次拉深中有关成形极限曲线和极限拉深系数相对应的图标能够得到。3 文中的数据提供为以下基本的判据,如成形,拉深过程计划,和制作工具布局是否成功等。6.参考文献

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