哈工大研究生板材成型性能实验报告

Harbin Institute of Technology

实践环节实验报告

课程名称：金属板材成型性能测试与评价

院系：材料科学与工程学院

学生：孙巍

学号：

哈尔滨工业大学

实践环节-杯突实验报告

一、实验目的

1、学习确定板材胀形性能的实验方法；

2、了解金属薄板试验机的构造及操作。

二、实验内容

将板材用模具压好，冲头以一定的速度冲压板材，直至板材出现裂缝为止

三、实验原理

板材的冲压性能是指板材对各种冲压加工方法的适应能力。目前，有关板材冲压性能的试验方法，概括起来可分为直接试验和间接试验两类。而直接试验法又包括实物冲压试验和模拟试验两种。模拟试验，即把生产实际存在的冲压成形方法进行归纳与简化处理，消除许多过于复杂的因素，利用轴对称的简化了的成形方法，在保证实验中板材的变形性质与应力状态都与实际冲压成形相同的条件下进行的冲压性能的评定工作。为了保证模拟试验结果的可靠性与通用性，规定了十分具体的关于实验用工具的几何形状与尺寸、毛坯的尺寸、实验条件。杯突实验是目前应用较多，而且具有普遍意义的模拟试验方法之一。

杯突实验时，借助杯金属薄板试验机进行。用一规定的球状冲头向夹紧于规定球形凹模内的试样施加压力，直至试样产生微细裂纹为止，此时冲头的压入深度称为材料的杯突深度值。板材的杯突深度值反映板材对胀形的适应性，可作为衡量板材胀形、曲面零件拉深的冲

压性能指标。

四、实验设备及用具

试验机一台、杯突实验模具、游标卡尺、深度尺等。

五、实验步骤

1、先了解金属薄板试验机的结构、原理和操作方法，了解各按钮的作用；

2、装好模具；

3、把试样清洗干净，在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂上润滑油，把试样放在下模上。

4、将下模向上提起，压好试样。按下压边按钮，设定压边力。

5、按中心活塞上行按钮，注意观察试样。当试样圆顶附近出现有能够透光的裂缝时，迅速停止。

6、将下模向下移动，然后将冲头向下移动，取出试件。

7、实验完毕后，将模具拆下。

实践环节-拉深实验报告

一、实验目的

1、了解拉深过程中拉深系数(或毛坯直径)、润滑、压边圈、凸凹模间隙、拉深高度等因素对拉深件质量的影响。

2、了解液压机的工作原理与基本操作。

二、实验内容

将一直径为80mm的圆形板材，以一定的压边力和压边速度，完全压入上模具内。

三、实验原理

板料加工阶段需要的加工的性能叫做冲压性，一般包括冲剪性、成形性、和定形性三个方面，其中成形性是板材适应各种加工的能力，但多数板料零件都需要成形工序，是平板毛料变成一定形状的零件。板料成形方法很多，所以研究时可对成形方法进行分类，一般按材料再成形过程中所承受的变形方式来分类，可分为：弯曲变形、压延变形、胀形（还包括拉形、局部成形）、拉深成形（包括单向拉深、翻边、凹弧翻边等）、收缩变型（包括收边、管子缩颈、受口、凸翻边等）、体积成形（包括旋薄、变薄压延、喷丸成形、压印等）。

一般所谓的板料的成形性中最为重要的是成形极限的大小，板料成形过程中存在两种成形极限，一是起皱，另一个是破裂。成形极限可以用“发生起皱前，材料能承受的最大变形程度来表示，可理解为板料在发生破裂前能够得到的变形程度，也就是普通所谓的“塑性”。由于板料成形性能随变形程度、牌号、成形方式、生产方式等因素影响，所以评定一种板料成形性能的指数既要把各种主要因素考虑进去又要尽量少。

板料的成形性能，目前的主要研究是拉深和胀形两种方式。

对金属薄板冲压成形时，可对某些材料特性或工艺参数提出要求，它们统称为特定成形性能指标。

评定金属薄板的成形等级时，可对某种模拟的成形性能指标提出要求确定的试验有：

a.胀形性能指标；

b.“拉深+胀形”复合成形性能；

c.拉深性能指标。

四、实验设备及用具

拉深模一套、液压机一台、游标卡尺、棉砂、机油，圆形板材等。

五、实验步骤

1、准备实验用工具和样件；

2、检查设备，了解设备使用方法；

3、将拉深模整体放到液压机工作台上，提起上模（导柱、导套不要脱开），将圆形板材放入下模定位圈内，提起下模让其与上模压好板材，设定压边力和拉伸速度，开动液压机，将板材完全拉深到上模内，停车后打开模具，取出工件，观察工件凸缘的起皱现象；

六、实验数据及结果分析

a) b)

d)

图a) b) c) d) e) 拉深试样的各角度观察图

图a)为试样的内边视图，从图中可以看出，拉深试样的内边光滑完整，并无明显的裂纹缺陷。但图片最顶端能看到有一些不平整，用手触摸有凹凸不平感，分析可能是压边力稍小，出现轻微的起皱现象。而且边部与拉深前相比，更加凸显金属光泽。

图b)为试样的底部视图，从图中可以看出，拉深试样的底部光滑平整，无裂纹。过度圆角处没有明显的减薄现象，整个试样的厚度比较均匀。

图c)和图d)为试样内的底部视图，从图中可以看出，其光滑平整。图中出现的划痕为拉深前，板材打磨留下。试样并没有在划痕处产生应力集中，由此开裂。

图e)为试样的外部侧视图，从图中可以看出，该处有一明显划痕，分析可能是因为模具内部有不平整凸起处，所以产生划痕。除此处，外部比较平整，能看出板材有明显的竖向织构。同时在侧向能清晰的看出，拉深试样出现四个凸耳。

f)

图f)为拉深试样的力-位移曲线

图f)为试样的力-位移曲线。从图中可以看出，拉深开始阶段，力和位移呈线性关系，之后曲线慢慢变得平缓，最后快速下降。曲线开始的线性阶段为板材变形的弹性变形阶段，平缓段为压边圈处的板材逐渐进入模具内部，缓慢上升处出现的两个凹点是试验时，试验机参数忽然跳动造成的。而在平缓阶段的末端出现一个明显的上升，而后下降，是因为板材在最后的拉深处出现了少量的起皱，在把这些少量的起皱拉深入模具时，拉力会突然增大。但由于拉力的大小没有超过板材的断裂极限，所以板材并没有断裂，还是被拉深入模具内部。

七、拉深实验数值模拟

1、所用模拟软件介绍

DYNAFORM软件是美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用