矩形盒拉延件的压边力计算研究
第13卷第1期
2006年2月
塑性工程学报
JOURNAI。OFPLASTICITYENGINEERING
V01.13
Feb.
No.12006
矩形盒拉延件的压边力计算研究
(浙江科技学院机械与汽车工程学院,杭州
(浙江大学机械与能源工程学院,杭州
摘
310012)310013)
施于庆
李凌丰
要:压边力是板料拉延成形过程的重要工艺参数之一,合理控制压边力的大小,可避免起皱或破裂缺陷,采用
多点压边的压边力控制拉延过程,可提高成形极限及提高拉延件质量,文章对矩形盒形拉延件分段压边的压边力
随凸模行程(时问)变化曲线的计算提出了见解,为实现拉延过程中变压边力控制提供了一定的依据。关键词:矩形盒;多点压边;压边力计算中图分类号:TG386
文献标识码:A
文章编号:1007—2012(2006)01—0029一03
间)曲线变化的变压边力控制。研究结果还表明:
引言
最优的压边力不是一个定值,而是一个不断变化的数值,在板料拉延过程中,变压边力加载模式,优于其它类型的加载模式。但目前,对于计算矩形盒一类的拉延件或是更复杂的拉延件的压边力一凸模行程(时间)曲线计算尚无确定的方法。因此,无论是采用定常加载模式或是分段压边的变压边力拉延,主要还是依靠不断地调试及经验来确定。
起皱和破裂是薄板拉延的主要失效形式,压边力大小(或压边力控制曲线)和加载方式是影响起皱和破裂的重要因素之一,对于简单形状如圆筒形件,已有公式可计算出压边力随拉延过程变化的规律曲线,并进行适当的加载方式,可获得比较理想的拉延效果。而非旋转体,如矩形盒一类的拉延件,文献[1~4]的实验研究结果是:矩形盒拉延件拉延时,在直边上安装直条拉延筋并采用定常加载模式
(ConstantBlank—holderForce
1矩形盒拉延件压边力理论模型
1.1
CBHF),直条拉延筋
圆筒形件压边力计算
外部发生起皱,而在盒形件圆角与直边部位用分段压边,并在拉延过中给出不同大小的压边力,即采用了被称之为变压边力(Variable
Force
圆筒形件最小压边力计算公式:
B1ank_holder
Q一1.5A专・等‘嘉(1一10)№・
VBHF)控制方法,则不发生起皱。VBHF
控制是目前国内外冲压学科的研究热点之一,其实质是,在板材拉延成形过程中,在冲压件法兰不同位置上,施加大小不同的压边力,通过调节各点正向压力大小而改变毛坯与模具接触面的摩擦阻力,增加板材中的拉应力,从而减小毛坯的切向压应力,达到控制金属流动,避免或有效抑制板材成形中起皱和断裂,提高冲压件的尺寸精度和冲压过程的稳定性以及板材的成形极限的能力。内容包括:①压边力一凸模行程(时间)曲线计算;②安装在毛坯法兰各点上的压边缸压边力随压边力一凸模行程(时
墨i三[(量)!二!]二!!墨l
(署一,){去[(署)I,]一南[(署)I詈])
(1)
式中(卜一一圆筒形件拉延压边最小压边力
厂拉延时刻,10一惫
R。一一某一拉延时刻凸缘的外半径
R。一凸缘上任意点的位置半径
m——拉延系数,m一志
A,咒——分别为材料系数
施于庆E-mail:syul63@163.com
作者简介:施于庆,男,1959年生,硕士,浙江科技学院,副教授,专业方向为材料成形及控制技术收稿日期:2005一。卜07;修订日期:2005—12一01
一凸缘的内半径(圆筒形件半径)
掣——压边后波纹最大相对高度,一般取
0.13寿右
万方数据
30
塑性工程学报
第13卷
弘——单波的最大扰度£——材料厚度在式(1)中取
F(Q)一专(1一』D)1+”・
鑫{盍[(量)二!]二!!鑫l
(署一,)㈨(署)I,]一南[(署)I剐
(2)
于是压边力
Q一1.5A半・等F(Q)
(3’
F(Q)称为压边力系数,为一随拉延系数、材料系数、拉延时刻而变化的函数,图l是F(Q)的变化规律,F(Q)的变化规律与压边力Q的变化规律基本一致口]。
图1
拉延过程压边力的变化规律
Fig.1
Blank—h01derforcevariationindrawingoperation
1.2矩形盒拉延件压边力理论模型(压边力计算)
相对于旋转体拉延件,盒形拉延件毛坯变形区的变形分布要复杂的多,其特点是:
1)凸缘变形区内径向拉应力盯。分布不均,在圆角部位最大,直边部位最小。
2)毛坯外周边上的切向压应力∞的分布是,3)拉延前后网格(由矩形和同心圆与径向放射因此假设将盒形件直边视作半径无限大的(或圆心根据假设直边长度的近似圆角半径R7(直边长7(见图3),则:
万
方数据磐l雹
筒带
庐L0
愆
&
图2盒形拉延件
H-盒形拉延件高度;r一一盒形拉延件底部沿周圆角半径
L-盒形拉延件直边长度;卜材料厚度
搿一盒形拉延件圆角部位半径
Fig.2
B。xy、vorkpiece
舍/——T——、鱼扉刍L
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图3盒形拉延件与毛坯展开
Fig.3
Rectangularshellandblankexpanding
R7一r7+矗(4)R,2一r屯+(专)
(5)
可得
R,一兹
(6)
如果弦高^愈小,则弧磊6愈接近于直边长度L,如将直边长度L视作以圆心0,半径R7上的一段圆弧,那么,直边长度L处可按圆筒形件毛坯展开,又设毛坯展开后直径D:,则半径磁(不考虑修边余量)
R。一Do/2
一[(2R7一£一2rp)2+4×2R7×(H~£一巧)+
6.28×%x(2R7一£一2%)+8×巧]172/2
一[(篆一t一2%)2+等cH—t—b,+6.28×%(篆一t一・)+8×巧]“2/2
c7,
式(7)中取:L一300mm,“一10mm,£一
1mm,H一60mm,矗一1mm,得:Ro一11267mm,
从角部到直边中间部位,压应力逐渐减小。
线构成的网格组成)发生了横向压缩与径向伸长变形,并且角部部位的网格从开口向直边底部编斜。无限远)圆上的一段圆弧,如此,直边部位的拉延情况近似于圆筒形件,即有关圆筒形件压边力计算公式也适用于盒形件。
度的两端点盘与易),弦高厶,圆心在。点,O点到弦的距离r这与盒形拉延件直边展开长度按一般的弯曲展开长度计算公式:
第1期施于庆等:矩形盒拉延件的压边力计算研究
31
每一(H一£一~)×2+B+7r(%+专)(8)
式中L7——弯曲展开长度
T,
一段圆弧,并采用比较精确的毛坯计算(可用如FASTFRoM软件),可获得与矩形盒拉延件拉延中径向拉应力、切向压应力及网格变化比较一致的结果。因此,计算方法是有效和可行的,虽然拉延件的形状各不相同,但不外乎由直边、圆弧或非规则曲线组成,事实上,非规则曲线也可由近似的圆弧取代,所以,该计算方法具有一定的通用性。按照计算出的压边力一凸模行程(时间)曲线,在毛坯法兰上进行适当的排列压边缸,各压边缸压边力按各自的压边力控制曲线变化,即可取得变压边力控制拉延过程。
则得,等一90.5mm,L7与R:在图形中非常接
近,因此,计算公式(6)成立。公式(1)中用Q7代替Q,R7代替r,ID7代替10,优7代替m,可得盒形拉延件直边压边力计算式:
Q7_1.5A半・警・嘉(1√p・l乒{去[(乒)”一,]一・n嘉)2/
(乒一,){去[(嘉)”一・]一南[(嘉)”一多])}
(9)
参考文献
式中lD7——直边拉延时刻,107一惫
rL
1
]余海燕,金隼,孙成智,林忠钦.多点变压的压边力控制系统开发.中国机械工程.2004.15(8):659~661
m,——直边拉延系数,m,一是
R:——直边某一拉延时刻凸缘的外半径Rj——直边毛坯展开后半径
R7——直边凸缘上任意点的位置半径因Q≠Q7,所以,盒形拉延件圆角部位法兰上所需变化的压边力不等于盒形拉延件直边法兰上所需变化的压边力,式(1)和式(9)即为计算盒形
拉延件变化的压边力加载公式。
rL
2
]
AhmetogluM
provingForce
A,(hemansA,KinzelGL,eta1.Im—
DrawabilitybyUsingVariableBlankH01der
Pressure
inDeep
Drawing
andofRoundand
Paper,NO.
Non_symmetric930287.1993
rL
Parts.SAETechnical
3
]DoegeE,Stockand
G.I∞ckedToolDeepDrawingProcess
hold—
Examplesof()perationwithElasticB1ank
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2结论
根据圆筒形变形体金属单元的微分平衡方程,假定矩形盒拉延件直边近似于半径无限大的圆上的
~308
rL
5
]
梁炳文,胡世光.板料成形塑性理论[M].北京:机械工业出版社,1997.250~254
Study
on
calculationofblackholderf10Irceindeep—drawingrectangle
SHIYu—qing
(Dep.ofE1ectronMechanicalEnginee“ng,ZhejiangUniversity,Hangzhou
310012China)
UI。in驴feng
(CollegeofMechanicalandEnergyEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou
310013
China)
Abstract:
can
Blankholderforceis
as
one
ofthe讧nportantparametersindeepdrawingprocessofsheetmetal,appropriatecontrolofit
are
eliminatesuchdefects
to
wrinklingandfracture.Blank-holderfOrceofmulti—pointblackholder
curve
usedin
dee矿drawirlg
processging
in
crease
the
drawndepthandimprovethequalityofdrawnpiece.Calculationvariable
on
ofblankh01derforcechan—
to
with
diehighformulti—pointblankholdingrectan91eproductsisintroducedinthispaper,
thegistrealizecontrolof
Var—
iableblankholderforceisproviding.
1(ey
words:sheet
metalofrectangle;multi—pointblankh01der;
calculationofblank—h01derforce
万方数据
矩形盒拉延件的压边力计算研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
施于庆, 李凌丰, SHI Yu-qing, LI Ling-feng
施于庆,SHI Yu-qing(浙江科技学院,机械与汽车工程学院,杭州,310012), 李凌丰,LILing-feng(浙江大学,机械与能源工程学院,杭州,310013)塑性工程学报
JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERING2006,13(1)1次
参考文献(5条)
1. 梁炳文;胡世光 板料成形塑性理论 1997
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4. Ah metoglu M A;Core mans A;Kinzel G L Improving Drawability by Using Variable Blank Holder Forceand Pressure in Deep Drawing of Round and Non-symmetric Parts 1993
5. 余海燕;金隼;孙成智;林忠钦 多点变压的压边力控制系统开发[期刊论文]-中国机械工程 2004(08)
引证文献(1条)
1. 林凤涛 基于板料冲压的压边力拉深成形数值模拟分析[期刊论文]-电加工与模具 2007(3)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxgcxb200601008.aspx