哈工大研究生板材成型性能實驗報告.doc

Harbin Institute of Technology實踐環(huán)節(jié)實驗報告課程名稱： 金屬板材成型性能測試與評價 院 系： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 學(xué) 生： 孫巍 學(xué) 號： 14S109063 哈爾濱工業(yè)大學(xué)實踐環(huán)節(jié)-杯突實驗報告一、 實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)確定板材脹形性能的實驗方法；2、了解金屬薄板試驗機的構(gòu)造及操作。二、實驗內(nèi)容將板材用模具壓好，沖頭以一定的速度沖壓板材，直至板材出現(xiàn)裂縫為止三、實驗原理板材的沖壓性能是指板材對各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力。目前，有關(guān)板材沖壓性能的試驗方法，概括起來可分為直接試驗和間接試驗兩類。而直接試驗法又包括實物沖壓試驗和模擬試驗兩種。模擬試驗，即把生產(chǎn)實際存在的沖壓成形方法進(jìn)行歸納與簡化處理，消除許多過于復(fù)雜的因素，利用軸對稱的簡化了的成形方法，在保證實驗中板材的變形性質(zhì)與應(yīng)力狀態(tài)都與實際沖壓成形相同的條件下進(jìn)行的沖壓性能的評定工作。為了保證模擬試驗結(jié)果的可靠性與通用性，規(guī)定了十分具體的關(guān)于實驗用工具的幾何形狀與尺寸、毛坯的尺寸、實驗條件。杯突實驗是目前應(yīng)用較多，而且具有普遍意義的模擬試驗方法之一。杯突實驗時，借助杯金屬薄板試驗機進(jìn)行。用一規(guī)定的球狀沖頭向夾緊于規(guī)定球形凹模內(nèi)的試樣施加壓力，直至試樣產(chǎn)生微細(xì)裂紋為止，此時沖頭的壓入深度稱為材料的杯突深度值。板材的杯突深度值反映板材對脹形的適應(yīng)性，可作為衡量板材脹形、曲面零件拉深的沖壓性能指標(biāo)。四、實驗設(shè)備及用具試驗機一臺、杯突實驗?zāi)＞摺⒂螛?biāo)卡尺、深度尺等。五、實驗步驟1、先了解金屬薄板試驗機的結(jié)構(gòu)、原理和操作方法，了解各按鈕的作用；2、裝好模具；3、把試樣清洗干凈，在試樣與沖頭接觸的一面和沖頭球面上涂上潤滑油，把試樣放在下模上。4、將下模向上提起，壓好試樣。按下壓邊按鈕，設(shè)定壓邊力。5、按中心活塞上行按鈕，注意觀察試樣。當(dāng)試樣圓頂附近出現(xiàn)有能夠透光的裂縫時，迅速停止。6、將下模向下移動，然后將沖頭向下移動，取出試件。7、實驗完畢后，將模具拆下。實踐環(huán)節(jié)-拉深實驗報告一、 實驗?zāi)康?、了解拉深過程中拉深系數(shù)(或毛坯直徑)、潤滑、壓邊圈、凸凹模間隙、拉深高度等因素對拉深件質(zhì)量的影響。2、了解液壓機的工作原理與基本操作。二、實驗內(nèi)容 將一直徑為80mm的圓形板材，以一定的壓邊力和壓邊速度，完全壓入上模具內(nèi)。三、實驗原理板料加工階段需要的加工的性能叫做沖壓性，一般包括沖剪性、成形性、和定形性三個方面，其中成形性是板材適應(yīng)各種加工的能力，但多數(shù)板料零件都需要成形工序，是平板毛料變成一定形狀的零件。板料成形方法很多，所以研究時可對成形方法進(jìn)行分類，一般按材料再成形過程中所承受的變形方式來分類，可分為：彎曲變形、壓延變形、脹形（還包括拉形、局部成形）、拉深成形（包括單向拉深、翻邊、凹弧翻邊等）、收縮變型（包括收邊、管子縮頸、受口、凸翻邊等）、體積成形（包括旋薄、變薄壓延、噴丸成形、壓印等）。一般所謂的板料的成形性中最為重要的是成形極限的大小，板料成形過程中存在兩種成形極限，一是起皺，另一個是破裂。成形極限可以用“發(fā)生起皺前，材料能承受的最大變形程度來表示，可理解為板料在發(fā)生破裂前能夠得到的變形程度，也就是普通所謂的“塑性”。由于板料成形性能隨變形程度、牌號、成形方式、生產(chǎn)方式等因素影響，所以評定一種板料成形性能的指數(shù)既要把各種主要因素考慮進(jìn)去又要盡量少。板料的成形性能，目前的主要研究是拉深和脹形兩種方式。對金屬薄板沖壓成形時，可對某些材料特性或工藝參數(shù)提出要求，它們統(tǒng)稱為特定成形性能指標(biāo)。評定金屬薄板的成形等級時，可對某種模擬的成形性能指標(biāo)提出要求確定的試驗有：a.脹形性能指標(biāo)；b.“拉深+脹形”復(fù)合成形性能；c.拉深性能指標(biāo)。四、實驗設(shè)備及用具拉深模一套、液壓機一臺、游標(biāo)卡尺、棉砂、機油，圓形板材等。五、實驗步驟1、準(zhǔn)備實驗用工具和樣件；2、檢查設(shè)備，了解設(shè)備使用方法；3、將拉深模整體放到液壓機工作臺上，提起上模（導(dǎo)柱、導(dǎo)套不要脫開），將圓形板材放入下模定位圈內(nèi)，提起下模讓其與上模壓好板材，設(shè)定壓邊力和拉伸速度，開動液壓機，將板材完全拉深到上模內(nèi)，停車后打開模具，取出工件，觀察工件凸緣的起皺現(xiàn)象；b)a)六、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析e)d)c)圖a) b) c) d) e) 拉深試樣的各角度觀察圖圖a)為試樣的內(nèi)邊視圖，從圖中可以看出，拉深試樣的內(nèi)邊光滑完整，并無明顯的裂紋缺陷。但圖片最頂端能看到有一些不平整，用手觸摸有凹凸不平感，分析可能是壓邊力稍小，出現(xiàn)輕微的起皺現(xiàn)象。而且邊部與拉深前相比，更加凸顯金屬光澤。圖b)為試樣的底部視圖，從圖中可以看出，拉深試樣的底部光滑平整，無裂紋。過度圓角處沒有明顯的減薄現(xiàn)象，整個試樣的厚度比較均勻。圖c)和圖d)為試樣內(nèi)的底部視圖，從圖中可以看出，其光滑平整。圖中出現(xiàn)的劃痕為拉深前，板材打磨留下。試樣并沒有在劃痕處產(chǎn)生應(yīng)力集中，由此開裂。圖e)為試樣的外部側(cè)視圖，從圖中可以看出，該處有一明顯劃痕，分析可能是因為模具內(nèi)部有不平整凸起處，所以產(chǎn)生劃痕。除此處，外部比較平整，能看出板材有明顯的豎向織構(gòu)。同時在側(cè)向能清晰的看出，拉深試樣出現(xiàn)四個凸耳。f)圖f)為拉深試樣的力-位移曲線圖f)為試樣的力-位移曲線。從圖中可以看出，拉深開始階段，力和位移呈線性關(guān)系，之后曲線慢慢變得平緩，最后快速下降。曲線開始的線性階段為板材變形的彈性變形階段，平緩段為壓邊圈處的板材逐漸進(jìn)入模具內(nèi)部，緩慢上升處出現(xiàn)的兩個凹點是試驗時，試驗機參數(shù)忽然跳動造成的。而在平緩階段的末端出現(xiàn)一個明顯的上升，而后下降，是因為板材在最后的拉深處出現(xiàn)了少量的起皺，在把這些少量的起皺拉深入模具時，拉力會突然增大。但由于拉力的大小沒有超過板材的斷裂極限，所以板材并沒有斷裂，還是被拉深入模具內(nèi)部。七、拉深實驗數(shù)值模擬1、所用模擬軟件介紹DYNAFORM軟件是美國ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開發(fā)的用于板料成形數(shù)值模擬的專用軟件，是LS-DYNA求解器與ETA/FEMB前后處理器的完美結(jié)合，是當(dāng)今流行的板料成形與模具設(shè)計的CAE工具之一。在其前處理器(Preprocessor)上可以完成產(chǎn)品仿真模型的生成和輸入文件的準(zhǔn)備工作。求解器(LS-DYNA)采用的是世界上最著名的通用顯示動力為主、隱式為輔的有限元分析程序，能夠真實模擬板料成形中各種復(fù)雜問題。后處理器(Postprocessor)通過CAD技術(shù)生成形象的圖形輸出，可以直觀的動態(tài)顯示各種分析結(jié)果。Dynaform 軟件基于有限元方法建立, 被用于模擬鈑金成形工藝。Dynaform軟件包含BSE、DFE、Formability三個大模塊，幾乎涵蓋沖壓模模面設(shè)計的所有要素，包括：定最佳沖壓方向、坯料的設(shè)計、工藝補充面的設(shè)計、拉延筋的設(shè)計、凸凹模圓角設(shè)計、沖壓速度的設(shè)置、壓邊力的設(shè)計、摩擦系數(shù)、切邊線的求解、壓力機噸位等。Dynaform軟件可應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，汽車、航空航天、家電、廚房衛(wèi)生等行業(yè)?？梢灶A(yù)測成形過程中板料的裂紋、起皺、減薄、劃痕、回彈、成形剛度、表面質(zhì)量，評估板料的成形性能，從而為板成形工藝及模具設(shè)計提供幫助。Dynaform軟件設(shè)置過程與實際生產(chǎn)過程一致，操作上手容易。來設(shè)計可以對沖壓生產(chǎn)的全過程進(jìn)行模擬：坯料在重力作用下的變形、壓邊圈閉合過程、拉延過程、切邊回彈、回彈補償、翻邊、脹形、液壓成形、彎管成形。Dynaform軟件適用的設(shè)備有：單動壓力機、雙動壓力機、無壓邊壓力機、螺旋壓力機、鍛錘、組合模具和特種鍛壓設(shè)備等。2、參數(shù)設(shè)置坯料幾何尺寸：直徑ds=80mm,板厚t=1mm模具幾何尺寸：沖頭直徑dp=50mm,凹模直徑 dd=80+2.2=82.2 mm,沖頭圓角rp=4mm, 凹模圓角rd=6mm, 材料：AA6111, 363、操作過程一、模擬過程：繪制沖頭，凹模，壓邊圈以及坯料： 網(wǎng)格的劃分：在單元選項中選擇曲面網(wǎng)格劃分：對坯料采用part mesh，對工具采用tool mesh，對單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分 設(shè)置工藝參數(shù)點選工具欄中的自動設(shè)置選項，彈出設(shè)定窗口：Type選擇Double action，同時勾選Die&Punch。然后將彈出窗口的Title改為Test設(shè)置板坯： 然后定義板材的材料和厚度： 并在對稱平面中選擇四分之一對稱，出現(xiàn)下圖所示的集合位置后退出 定義工具：I）分別對不同的工具：沖頭，凹模，壓邊圈選擇對應(yīng)的零件層 在positioning選項中，以凹模die為基準(zhǔn)，調(diào)整工件位置：點選確定以完成工件參數(shù)的設(shè)定。設(shè)置工序：在工序選項中修改參數(shù)：closing中采取默認(rèn)值，在drawing中做以修改：設(shè)置壓邊力為2000N，沖頭運動距離為50mm。模擬：點選提交中的直接運行選項，運行模擬結(jié)果，提交計算：至此，前置處理結(jié)束。4、模擬實驗結(jié)果點擊后處理，進(jìn)入dynaform后處理界面，打開“模擬.d3plot”文件，進(jìn)入后處理模式：1、厚度變化規(guī)律由圖可以看出，最終拉深試樣的底部厚度幾乎沒有變化，最薄處出現(xiàn)在過度圓弧處，經(jīng)過過度圓弧處向下，拉深試樣的厚度慢慢變厚。但不存在不變形處。在試樣尾部能看到少許的褶皺，這與實驗結(jié)果相吻合。2、應(yīng)變變化規(guī)律由最終應(yīng)變規(guī)律變化圖可以看出，試樣的頂端幾乎沒有應(yīng)變產(chǎn)生，過度圓弧處有非常大的應(yīng)變產(chǎn)生，最終尾部產(chǎn)生較小應(yīng)變。3、應(yīng)力變化規(guī)律應(yīng)力變化規(guī)律與應(yīng)變變化規(guī)律分析類似，這里就不贅述了。4、板材成形極限上圖為圓形板材的成型極限示意圖5、拉深過程分析：通過對上述應(yīng)力應(yīng)變圖的分析，可以看出，在拉深過程中，板材變形過度圓弧位置的應(yīng)力和應(yīng)變均處于一個最大值，導(dǎo)致板材在這樣的位置減薄嚴(yán)重，在拉深過程中易出現(xiàn)破裂。同時對拉深過程的進(jìn)一步分析可知，壓邊圈的力大小對于拉深過程有著重要的影響，本題選擇的壓邊力為2000N，是一個較小的值，通過與其它組的對比可以看出，壓邊力選得小，那么會在壓邊的法蘭位置出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象。實踐環(huán)節(jié)-脹形實驗報告一、 實驗?zāi)康?、了解和掌握脹形實驗的方法和技能； 2、學(xué)會使用板材成形試驗機；3、了解脹形主應(yīng)變曲線的測定方法并利用實驗結(jié)果來研究雙向拉應(yīng)力下的板材變形情況； 4、了解和掌握板材應(yīng)變的基本測試知識，學(xué)會用網(wǎng)格分析板材沖壓變形。二、實驗內(nèi)容1、了解板實驗的試驗原理和計算公式； 2、能夠利用復(fù)制網(wǎng)格并對其變形前后進(jìn)行測試的方法，計算出脹形后各點的應(yīng)變值并作出主應(yīng)變曲線和應(yīng)變狀態(tài)圖，并用此來研究板材的變形情況。三、實驗原理板材的脹形性能試驗是測定板材沖壓性能的一種工藝性試驗。先將平板坯料試樣放在凹模平面上，用壓邊圈壓住試樣外圈，然后，用球形沖頭將試樣壓入凹模。由于坯料外徑比凹?？讖酱蠛芏啵?，其外環(huán)不發(fā)生切向壓縮變形，而與沖頭接觸的試樣中間部分坯料受到雙向拉應(yīng)力作用而實現(xiàn)脹形成型四、實驗設(shè)備及用具板材成形試驗機、脹形