第四章+拉深

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材料转移:高度、厚度发生变化。
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
一、拉深变形过程(续)
圆筒形件是最典型的拉深件。 (一)拉深变形过程及特点(续)
2、变形现象 平板圆形坯料的凸缘——弯曲绕过凹模圆角, 然后拉直——形成竖直筒壁。 变形区——凸缘; 已变形区——筒壁; 不变形区——底部。 底部和筒壁为传力区。
式中,r1 凸模半径; dh凸模位移增量。
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续)
1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
变形功:
dW 2 t d r dr
2
t


d
r


r1 dh
2
r 为屈服函数,为常数, 设为 f。
拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态 1、凸缘部分→主要变形区;若无压边圈,毛坯最外缘受 压极易失稳,出现起皱。
应力分布图 2、凹模圆角部分→过渡区 3、筒壁部分→传力区 4、凸模圆角部分→过渡区;加工硬化弱,屈服强度低; 变薄严重;易拉裂或变薄超差。
5、筒底部分→小变形区
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续)
1、凸缘变形区的应力分析(续) (2)最大径向拉应力σ1max的变化规律:
在变形区的内边缘(即R=r处) 径向拉应力最大,其值为:
1max
1.1 s
ln
Rt r
s:加工硬化
变形区Rt
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续)
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续) 1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
筒壁传递力为 Fmax,故其轴向应力为:
r

Fm a x
2 r1 t

f
ln
D d1

4 39
因假定n=0,故当筒壁屈服时,便会形成颈缩。因此, 当筒壁应力达到流动应力σs,便是拉深极限。因而有:
均应变比R。塑Biblioteka Baidu应变比:单向拉伸试样的宽度应变和厚度
应变的比值,记作: 平均应变比
ln b
R b b0 t ln t
t0
R

1 4
R0

2R45

R90

§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续) 1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续) 假设:
1)所有能量消耗于法兰区的变形。最初分析时,忽略毛坯 通过凹模口部的摩擦、弯曲和反弯曲所消耗的功。但在最后 计算效率时,则不能忽略。 2)材料无加工硬化(n=0)。n值对极限拉深比的影响很小。
s f
4 42
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续) 1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
F d t p sin
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素 1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续)
1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
板料的拉深成形性能可用极限拉深比(LDR)D/d1(毛 坯直径/圆筒直径)来表示。极限拉深比的大小主要取决于平
3)法兰区为平面应变,即εz = 0(厚度不变)。 4)材料性质为旋转对称,即平面各向同性和厚向异性。对于实 际金属板料,随角度θ变化的R值,常用平均应变比代替。 5)利用hill各向异性屈服准则。
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续) 1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
(5)材料流过凹模圆角时的摩擦阻力
1max M
2 w


'' w
eμα
通过凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为:
p

1max M
2w


'' w
eμα 1
p


1.1 s

ln
Rt r

2FQ dt
2 b
t 2rd t
1.1 s ln Rt R 1.1 s 1 ln Rt R
lnRt R 1 2
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续)
1、凸缘变形区的应力分析(续) (1)拉深中某时刻变形区应力分布(续)
得: R 0.61Rt
交点在R=0.61Rt处。用R所作出的圆 将凸缘变形区分成两部分,由此圆向凹 模腔口方向的部分σ1>|σ3|,拉应变ε1为绝 对值最大的主变形,材料厚度减薄;由 此圆向外到外缘的部分σ1<|σ3|,压应变 ε3为绝对值最大的主变形,材料厚度增 加。
角,表面质量要求高,凸、凹模间隙略大于板料厚度。
1-模柄 2

-上模座 3-

凸模固定板 4-

弹簧 5-压

边圈 6-定位 板 7-凹模 8-下模座 9
构 图
-卸料螺钉 10-
凸模
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
一、拉深变形过程
圆筒形件是最典型的拉深件。 (一)拉深变形过程及特点(如图)
1、金属的流动过程 在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与相同弧
或:
d r1 dh (4 35)
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续)
1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
法兰环形单元的周向应变与半径ρ成比例,故:
d

d
因:
d z 0
故:
d r
d


d

r1 dh
2
(4-36)
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续)
1、凸缘变形区的应力分析(续)
(1)拉深中某时刻变形区应力分布(续)
1
1.1 s
ln
Rt R
3

1.1
s
1

ln
Rt R

在变形区的内边缘(即R=r处)径向拉应力最大,其值为:
1max
1.1 s
ln
Rt r
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
一、拉深变形过程(续)
(一)拉深变形过程及特点(续)
3、拉深变形过程
外力
凸缘塑性变形:径向伸长,切向压缩,形成筒壁
直径为d高度为H的圆筒形件(H>(D-d)/2)
凸缘产生内应力:径向拉应力σ1;切向压应力σ3
拉深单元变形动画
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态

d
2 r1 t f
ln

r r1

4 37
拉深力F应等于dW dh
,它在拉深开始时,r
R0
具有最大值,故
Fm a x

2
r1
t

f
ln
R0 r1


2
r1 t

f
ln
D d1

4 38
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
度b辐射线组成的网格(如图) ,然后将带有网格的毛坯进行 拉深。
在拉深过程中,毛坯受凸模拉深力的作用,在凸缘毛
坯的径向产生拉伸应力σ1 ,切向产生压缩应力 σ3 。在它
们的共同作用下,凸缘变形区材料发生了塑性变形,并不 断被拉入凹模内形成筒形拉深件。
拉深变形过程
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
一、拉深变形过程(续)
二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态(续)
坯料各区的应力与应变是很不均匀的。 拉深中主要的破坏形式是起皱和拉裂。 拉深成形后制件壁厚和硬度分布









下标1、2、3

分别代表坯料

径向、厚度方

向、切向的应
力和应变
圆筒形件拉深时凸缘变形区的应力分布
拉深件的壁厚和硬度的变化
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析
1、凸缘变形区的应力分析 (1)拉深中某时刻变形区应力分布
平衡方程:
1 d1 R dRd t 1Rd t
2 3 dR sin d 2 t 0
3 3
sind 2 d / 2
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
根据全量理论, d z 0, z 0、=- r,得 f 2 r。
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续) 1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
在每次凸模的单位位移增量中,对该单元所作的总功为:
dW
dh

r 2 r1 t f
r1
M 2 FQ (d t)
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续) 2、筒壁传力区的受力分析(续)
(3)材料流过凹模圆角半径 产生弯曲变形的阻力 可根据 弯曲时内力和外力所作功相等 的条件按下式计算:
W

b
t 2rd
t
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
s

Fm a x
2 r1 t

f
ln

D d1

4 40
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续)
1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
或:
ln(
LDR)

ln

D d1



s f
4 41
因圆壁筒圆周方向紧贴凸模面而不会起皱,故σs为平 面应变(εθ= 0)的流动应力。这样,极限拉深比系由两 种平面应变的流动应力之比β所决定,即:
三、拉深变形过程的力学分析(续)
1、凸缘变形区的应力分析(续) (1)拉深中某时刻变形区应力分布(续)
平衡方程:
Rd1 (1 3 )dR 0
屈服条件:
1 3 s 1.1 s
由上述两式,并考虑边界条件(当R=Rt时,σ1=0),经数学 推导就可以求出径向拉应力,和切向压应力的大小为:
(一)拉深变形过程及特点(续)(如图) 1、金属的流动过程 (续)
在拉深后我们发现如图:工件底部的网格变化很小,而 侧壁上的网格变化很大,以前的等距同心圆,变成了与工件 底部平行的不等距的水平线,并且愈是靠近工件口部,水平 线之间的距离愈大,同时以前夹角相等的半径线在拉深后在
侧壁上变成了间距相等的垂线,如图所示,以前的扇形毛坯 网格变成了拉深后的矩形网格。
b
t 2rp t

eμα
1
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续) 2、筒壁传力区的受力分析(续)
由于上式把影响拉深力的因素,如拉深变形程度,材料 性能,零件尺寸,凸、凹模圆角半径,压边力,润滑条件等 都反映了出来,有利于研究改善拉深工艺。 拉深力可由下式求出:
r


r
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
四、影响圆筒件拉深过程的因素(续) 1、板料性能对圆筒件拉深过程的影响(续)
法兰区变形:
假设dεz= 0,总的表面积不变,故在任一环形单元(初始位 置至中心的距离为ρ0)以内的面积为常数,即
2 2 r1 h 02 2 d 2 r1 dh 0
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续)
1、凸缘变形区的应力分析(续) (1)拉深中某时刻变形区应力分布(续)
在变形区外边缘处切向压应力最大,其值为:
3max 1.1 s
凸缘外边向内边σ1由低到高变化,|σ3|则由高到低变化, 在凸缘中间必有一交点存在(如图所示),在此点处有 σ1=|σ3|,所以:
三、拉深变形过程的力学分析(续) 2、筒壁传力区的受力分析(续)
(4)材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯曲力仍 按式上式进行计算:


w

W

b
t 2rd
t
拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算,即:


w
W
b
t 2rp t
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续) 2、筒壁传力区的受力分析(续)
第四章 拉 深
§4.1 圆筒件拉深的变形过程 §4.2 圆筒件拉深工艺计算及其模具设计
第四章 拉 深
1. 拉深的基本概念 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开
口的空心件,或将已制成的开口空心件加工成其他形状空 心件的一种冲压加工方法。(如图) 2. 典型的拉深件(如图)
3. 拉深模具的特点 结构相对较简单,与冲裁模比较,工作部分有较大的圆
1、凸缘变形区的应力分析(续) (3)最大切向压应力σ3max的变化规律:
在变形区外边缘处压应力最大,其值为:
3max 1.1 s
s:硬化,
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析(续) 2、筒壁传力区的受力分析
(1)凸缘材料的变形抗力σ1max (2)压边力产生的摩擦力, 摩擦力所产生的拉应力:
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