塑性加工技术

$
引言 影响金属板料成形的因素很多，如模具结构形
状、 材料性能、 毛坯 形 状 和 尺 寸 、 模具和板料之间的 摩擦和润滑等。 在模具的设计制作完成后， 影响冲压 产品质量的重要因素就是润滑，润滑条件的好坏直 接影响拉深件的质量。为此采用塑性有限元法分析 不同润滑条件对薄板阶梯筒形件成形高度的影响规 律， 以便为同类产品设计提供理论依据， 并作了相应 的生产试验。
2178 的 文 件 格 式 输 出 ， 传 到 有 限 元 模 拟 软 件 9:; <4=>5( 中 的 前 处 理 器
中， 进行有限元网格划 分。 图 ? 是模具及毛坯 的有限元模型图， 共有 其中板 !# ?’, 个单元， 料毛坯初始网格共有
@ !A’ 个单元 （在模拟 !
模具结构及有限元分析数学模型 （! ） 薄板阶梯筒形件如图 ! 所示， 材 料 "#$% ， 厚
张鼎承 ( 等 K 冲模设计手册 K 北京： 机械工业出版社 (J>>>H>UK
通过计算， 对 于 厚 度 + T>KIBB 的 >L*C 材 料 (# T
HIJKL(* T=PKU 。 %&’ ())’*+ ,) -./*+/,0 1,’))/*/’0+ 23,0 +&’ 4.56/07 4’3+& ,) +&’ 859/0,:’ %;<;=5. >+’33’? @5.+ 50? @.,*’:: (A3’./9’0+5+/,0 !"#$ %&’( %)*+, -./&0&12( "$ %&314/1
图? 模具及毛坯的有限元模型
过程中加自适应网格
重划分选项） 。 （, ）拉深深度 $ 的定义及阶梯圆角处的应力状 态。在拉深过 程中，将拉深 件的上表面中 性层到筒底中
"&’(() 其屈服函数如下：
$
图!
薄板阶梯筒形件
!
性层之间的高 度定义为拉深
!# !"
（!-," ） , ,（ ） , , （! ） ! *+!!! -!,, . ," !!!!,,- , !!,/ ! !#" !#" —— 材 厚 向 异 式中： " —板 性系数。 采用的拉深成形模 该 具结构如图 , 所示， 模具的拉深深度可通过 改变凸模向下运动的距 离来调；为增加材料流
塑性加工技术
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III
文章编号： （,""? ） !’A,."!,! "!.""@@.",
摩擦系数对薄板阶梯筒形件拉深深度的影响及工艺试验
周 杰， 江水平， 胡建军 （重庆大学 机械传动国家重点实验室， 重庆 @"""@@ ）
摘要 E 分析了在模具结构相同的情况下， 不同摩擦系数对薄板阶梯圆筒件成形过程的影响规律， 获得薄 相关系数 * 为 .’,&# ； 生产实践表明理论分析与实际 板阶梯圆筒件的拉深深度 $ 与摩擦系数 % 呈线性关系， 结果相符。 关键词 E 摩擦 F 薄板 F 阶梯筒形件 F 线性 中图分类号 EG1?#’&@! 文献标识码 EH 动阻力， 防止发兰区起皱， 特采用带双槛的压边圈。 用 0122 建 模 造 型 软 件 建 立 3456 文 件 ， 然 后 以
&(4B.& !&’&(4B#()
（? ）
式中： —— &—塑性变形本身所需的力； —— )—压边力。
锻压装备与制造技术
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!""# 年 第 $ 期
塑性加工技术
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从式 （P ） 可以得到：
当我们使用 （= ）
$B3Q% &’"($ RHRKI "
锻压装备与制造技术
!""# 年 第 $ 期
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式中： —— #、 * —系数和常量。
（S ）
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31 )1@9’B’1;3C 56B0C’;’ -6C/;&61 6A ;.’ -;9’;@.
N69B&12 31D W’’0 HW93E&12 6A 3 5&9@/C39 _C31‘ $:&12K3K "’B&:0’9&@3CK[/1@.K)1;K%KZ’@.K-@&(RVUI(RL?JPHPRK V
JU 得 摩 擦 系 数 为
，该阶梯件的 >K>V ） 最大拉深深度可达
图I 采用乳化油 "%— SP* 作 润滑剂拉出的产品
#
模拟结果及其分析 根据模拟结果，拉深时的摩擦系数与拉深深度
采 PL ，如图 I 所 示 ， 用普通机油作润滑
关系见图 S 。
PV PL
破裂区
剂时 （查 《冲模 设 计 手 册 》 表 SHJU 得 摩 擦 系 数 为 该阶梯件的最大拉深深度为 P= 。 >KRS ）
Pwk.baidu.com
罗亚军， 汪
锐 K 板料拉深 成 形 过 程 中 摩 擦 系 数 的 确 定 K 上 海 交 通
大学学报， （U ） J>>R K
=
张海明， 董湘怀 K 板料成形中拉延筋的模拟及应用 K 锻压机械， J>>R （= ） K
PSKS> 。
模拟结果表明， 在模具设计制作完成后， 润滑条 件对拉深件的拉深深度影响比较明显。随着润滑条 件 （摩擦系数 " ） 的改善， 薄板阶梯圆筒件的拉深深度 其关系如下： ! 不断增加，
（5.6127&12 $1&8’9:&;<( 5.6127&12 =>>>==( 5.&13 ）
B<:+.5*+?)1 ;.’ @3:’ 6A ;.’ :3B’ B6/CD :;9/@;/9’( ;.’ ’AA’@; C3E 6A ;.’ A69B&12 096@’:: 6A D&AA’9’1; A9&@3;&61 /061 ;.’ C3B&16:’ @6C/B139 :;’00’D 039; .3: F’’1 313C<G’D 3;;3&1&12 ;.’ C&1’39 @6’AA&@&’1; 6A ;.’ D93E&12 D’0;.（! ）31D ;.’ A9&@;&61 @6’AA&@&’1;（" ） ( ;.’ C&1’39 @6’AA&@&’1;（# ） HIJKLK ); .3: F’’1 83C&D3;’D ;.3; ;.’ ;.’69’;&@3C 313C<:&: &: @61:&:M ;’1; E&;. 3@;/3C 9’:/C; &1 096D/@;&61K C’D6,.?:?N9&@;&61 ； O3B&13 ； -;’00’D ;/F/C39 039; ； O&1’39
U L S I
李良福 K 板料拉伸时润滑的研究 K 模具技术， （I ） RVVL K 何丹农， 阮雪榆 K 拉深用润滑 剂 的 摩 擦 系 数 和 压 边 力 的 关 系 研 究 K 摩擦学学报， （I ） J>>> K （R ） WX+*N#YZH[5 $-\Y]- Z*+$*O Z3< RVVV K
R
张晓静， 周贤宾， 孔永明 K 板 料 成 形 数 值 模 拟 研 究 K 锻 压 技 术 ， J>>R （R ） K
J
图S 最大拉深深度 ! 与摩擦系数 " 的关系
罗亚军， 杨
曦， 何丹农 K 板料成形中的有限元数值模拟技术 K 锻压
技术， （R ） J>>R K
从图 S 可以看出， 摩 擦 系 数 为 >KRS 时 ， 最大拉 深深度为 P=KS> ， 最大拉深步数为 SS 步， 若继续下压 就会进入破裂区，出现拉裂，此时的拉深深度为
>L*C 板 材 ， 采 用 乳
化 油 "%— SP* 作 润 滑剂拉深时 （查 《冲 模 设 计 手 册 》 表 SH
通过以上分析可知在压边力一定的情况下， 当 则 )R 得 到 改 变 ， 改变润滑条件即改变摩擦系数 " 时， 阶梯圆角处径向拉应力 !" 大小也会随之变化， 从而 影响最大拉深深度。
! a BB
PU PI PS P= PP PJ > >K>S " >KR> >KRS
E
结论 （R ） 理论结果与试验结果吻合， 表明采用有限元
模拟仿真技术对板料成形过程的模拟结果是正确 的， 可靠的。 在其他条件不变的情况下， 薄板阶梯圆筒件 （J ） 的拉延深度与摩擦系数呈线性关系， 即 !%#"(* 。 参考文献
图, 模具的 01 三维模型 图@
深度 $ （图 @） 。 （? ） 凹 模 圆角半径上的
阶梯筒形件拉深深度 $ 的定义
摩 擦 力 !! 可 按
下式确定：
!!*!&’ %&(4B
式中： —— &(4B—实验过程中的最大拉深力。 摩擦系数 % 可按下式确定：
（, ）
%’
收稿日期： ,"",.!!.,C 作者简介： 周 杰 （!D’C. ） ， 男， 副教授， 研究模具技术、 材料成形数 值模拟及信息技术在锻压生产中的应用