材料成型及控制工程專業(yè)外文資料翻譯

1、外文資料翻譯學(xué)院(直屬系): 材料科學(xué)與工程學(xué)院 規(guī)則多邊形盒形件沖壓工藝起皺和破裂的預(yù)測(cè)和控制摘要：基于規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分和由于起皺而產(chǎn)生的凸起的三角形的變形特征，判斷盒形件受沖壓部分是否發(fā)生起皺的標(biāo)準(zhǔn)被演繹出來，并且常常用于預(yù)測(cè)和控制變形極限。根據(jù)斷裂模型，盒形件是否發(fā)生斷裂的標(biāo)準(zhǔn)也被歸納出，也用于預(yù)測(cè)和控制斷裂極限。把判斷沖壓件既沒有發(fā)生起皺也沒有發(fā)生斷裂的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來，可以得到盒形件受沖壓部分的材料的沖壓標(biāo)準(zhǔn)，用于預(yù)測(cè)和控制沖壓極限。以不銹鋼0cr18ni9(sus304)薄板和方形件的受沖壓部分的材料為例，有一個(gè)極限圖表可以預(yù)測(cè)和控制起皺、破裂和沖壓極限。它適合于無凸緣的深沖

2、壓成形件，帶有凸緣成形的深沖壓成形件和剛性沖頭的平板落料件的拉深。極限深拉伸系數(shù)和最小深拉伸系數(shù)能被確定，并且適合的bhf（毛坯夾持力）和深拉伸力能被選擇。這些給工藝規(guī)劃提供一個(gè)參考，凸凹模的設(shè)計(jì)，設(shè)備的選擇。一個(gè)評(píng)估薄板沖壓成形性的新標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)和控制沖壓工藝，能被用于在恒定的或變動(dòng)的bhf的情況下的深拉伸。關(guān)鍵詞：規(guī)則多邊形盒形件的沖壓部分；起皺；斷裂；沖壓準(zhǔn)則；預(yù)測(cè)；控制 符號(hào)欄c1衰減因數(shù)，c1=0.900.94； n加工硬化指數(shù)e彈性模量； n規(guī)則多邊形的直邊數(shù)；er還原模量，er=4eet/()； r塑性應(yīng)變率或厚度各向異性 指數(shù)ft毛坯件與夾具的摩擦系數(shù)； rd凹模輪廓半徑；fd毛坯

3、與凹模的摩擦系數(shù)； rp凸模末端半徑；fa1毛坯與凹模輪廓圓角的摩擦系數(shù)， rw凹模直壁間的角部圓角半徑；一般fa1= fd；f毛坯夾持力（bhf）； r毛坯角部圓角半徑；fc壓縮塑性失穩(wěn)臨界載荷； dr圓桿變形區(qū)的外部邊緣寬度；ff深拉伸時(shí)毛坯夾持力的臨界斷裂值， r0初始毛坯角部圓角半徑； 即：深拉伸時(shí)的最大毛坯夾持力；fwbhf的臨界起皺值，即，最小bhf； 在凸緣變形區(qū)域的平均塑性流動(dòng)應(yīng)力，=k；h盒形件沖壓部分的深度； z臨界起皺毛坯的波紋數(shù)目；i慣性矩：i=30dr/12; 屈服準(zhǔn)則中央主要應(yīng)力的效應(yīng)；k強(qiáng)度系數(shù)； 0毛坯厚度；ls直邊長(zhǎng)度； 在凸緣變形區(qū)的平均真實(shí)應(yīng)變；l不穩(wěn)定狀

4、態(tài)下的軸向長(zhǎng)度； 深拉伸時(shí)毛坯在凸緣變形區(qū)相對(duì)移動(dòng)位置；m角部的名義深拉伸系數(shù)，m=rw/r0; 0,b切向壓縮應(yīng)力；b拉伸應(yīng)力； r,b外部邊緣的徑向拉伸強(qiáng)度；,cr臨界起皺值的切向壓縮應(yīng)力； r,max最大徑向拉伸強(qiáng)度。在沖壓生產(chǎn)中，規(guī)則多邊形盒形件的沖壓是很尋常的方式。由于在凸緣變形區(qū)的應(yīng)力和應(yīng)變的分布的不規(guī)則 13，規(guī)則的多邊形盒形件的沖壓部分的一系列特征不同于圓筒形杯狀物4。根據(jù)幾何學(xué)說明，毛坯的輪廓形狀和規(guī)則多邊形盒形件沖壓部分的尺寸能被確定。規(guī)則多邊形盒形件沖壓部分角部的變形與圓筒形杯狀物深拉伸的凸緣相似。直邊部分的徑向變形接近于彎曲變形，直邊的切向變形等同于板料的壓縮變形。因此

5、，在規(guī)則多邊形盒形件的沖壓工藝中，壓縮塑性失穩(wěn)，例如，起皺，可能發(fā)生在凸緣變形區(qū)，拉伸塑性失穩(wěn)，例如，斷裂，容易發(fā)生在直壁間的角部區(qū)域。因此，規(guī)則多邊形盒形件的沖壓極限應(yīng)該由起皺極限和斷裂極限來控制。所以，對(duì)于規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分沒有發(fā)生起皺和斷裂的準(zhǔn)則以極限預(yù)測(cè)和控制的表格呈現(xiàn)。1起皺和它的極限的控制1.1起皺模型 起皺模型被稱作“多余的三角形狀的材料的起皺模型”，并且包括以下幾個(gè)部分：最嚴(yán)重的起皺位置，例如，凸緣變形區(qū)的外部邊緣，其末端的長(zhǎng)度是;在凹模輪廓圓角半徑處未流動(dòng)材料末端的長(zhǎng)度，；臨界起皺的外圍波紋數(shù)目z，單個(gè)波紋長(zhǎng)度系數(shù)，和環(huán)形極長(zhǎng)度，對(duì)于臨界起皺切向壓縮應(yīng)力矩形斷面。，且

6、當(dāng)時(shí)，。那就是說，反映了沖壓變形的過程。，也就是，m反映了沖壓變形的程度。上述所涉及的情況與矩形斷面的壓縮失穩(wěn)相似。壓縮塑性失穩(wěn)的臨界載荷方程： （1）得到下面的方程： （2）eqn.（2）是規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分的臨界起皺切向壓縮應(yīng)力的方程，即，臨界起皺載荷方程。1.2防起皺的毛坯夾持力為了防止起皺，通常要采用毛坯夾具。假定毛坯夾具底部表面和凹模頂部表面是兩個(gè)平行的表面，當(dāng)毛坯在二者之間流動(dòng)時(shí)，在凸緣邊緣區(qū)外部的邊緣變厚了許多，引起在整個(gè)凸緣上，在外部邊緣區(qū)域附近，毛坯夾持力向中心而不是一致的分布。在凸緣變形區(qū)的外部邊緣，因?yàn)槊鲓A具而產(chǎn)生的摩擦力也同樣是向中心，在上表面和下表面，在凸緣

7、變形區(qū)的凸緣外部邊緣的摩擦力產(chǎn)生了徑向拉伸應(yīng)力。借助于起皺模型，當(dāng)在臨界起皺值下進(jìn)行深拉深時(shí)，外部邊緣徑向拉伸應(yīng)力（沿厚度方向均勻分布）被定義為如下（在凸緣變形區(qū)的最小徑向拉伸應(yīng)力）： （3）從屈服準(zhǔn)則（或者塑性條件），即，在深拉伸期間，在凸緣外部邊緣切向壓應(yīng)力可寫做如下： （4）其中 方程4是直邊在深拉深時(shí)，凸緣變形區(qū)的最大切向壓縮應(yīng)力方程，當(dāng)=0時(shí)，就是在角部的方程。1.3 無起皺拉深準(zhǔn)則無起皺拉深準(zhǔn)則是： （5）該方程表明了起皺產(chǎn)生的臨界條件。把方程（2）和方程（4）代入方程（5），就得到如下方程： （6）方程（6）是由起皺模型得出的沒有發(fā)生起皺的準(zhǔn)則。據(jù)此，最小bhf，即，臨界起皺bh

8、f，常被用來預(yù)測(cè)和控制起皺，并且它的極限能被計(jì)算。2 斷裂和斷裂極限的控制2.1 斷裂模型 規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分角部的斷裂除了可能發(fā)生在沖頭角部區(qū)域外，也可能發(fā)生在凹模輪廓區(qū)域，因?yàn)樯罾盍κ怯捎跊_頭產(chǎn)生的，并產(chǎn)生在受沖壓部分板料的底部，受沖壓部分的下部分的應(yīng)力比起上部分來更一致。當(dāng)薄板料通過更小的凹模輪廓半徑時(shí)，由于彎曲和整直產(chǎn)生了過分變薄，從而引起薄板料的斷裂。因此，有一個(gè)危險(xiǎn)的臨界載荷方程： （7）方程（7）是在深拉深時(shí)臨界斷裂徑向拉伸應(yīng)力，即，臨界斷裂載荷方程。2.2 深拉深變形力傳遞的的角部區(qū)域的最大徑向拉伸應(yīng)力是： （8）方程（8）是危險(xiǎn)區(qū)域的最大徑向拉伸應(yīng)力方程。據(jù)此，深拉

9、深力能夠計(jì)算出來，這對(duì)工序的確定，凸凹模的設(shè)計(jì)和設(shè)備的選擇提供了一個(gè)好的基礎(chǔ)。2.3無斷裂沖壓準(zhǔn)則 無斷裂沖壓準(zhǔn)則被定義為如下： （9）該方程表明了斷裂發(fā)生的臨界條件。把方程（7）和方程（8）代入到方程（9），得到下面的方程： （10）方程（10）是由斷裂模型得出的無斷裂的沖壓準(zhǔn)則，借助于它，最大bhf（毛坯夾持力），即臨界斷裂bhf經(jīng)常被用來預(yù)測(cè)和控制斷裂，并且它的極限值能被計(jì)算出。3 無起皺和斷裂的沖壓準(zhǔn)則把方程（6）和方程（10）結(jié)合起來，就得到規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分沒有發(fā)生起皺和斷裂的準(zhǔn)則，如下所示： （11）只要f滿足了方程（11）的條件，對(duì)于規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分在深拉深時(shí)

10、的兩個(gè)主要問題，起皺和斷裂，就可以被解決，并且沖壓能順利的進(jìn)行。上述所述的準(zhǔn)則為一個(gè)通用的準(zhǔn)則，能應(yīng)用到柱狀杯形物，長(zhǎng)的盤狀物，規(guī)則三角形的盒狀，方形盒，規(guī)則五邊形盒狀，規(guī)則六邊形盒狀等等，如表格1所示： 表格1 規(guī)則多邊形盒受沖壓部分的結(jié)果規(guī)則多邊形盒形件 n 臨界狀態(tài)的起皺數(shù)目 柱狀杯形件1） 1 2 4長(zhǎng)的盤狀件 2 2 2 4規(guī)則三角形盒狀件 3 3 3 6方形盒 4 4 4 8規(guī)則五邊形盒形件 5 5 5 10規(guī)則六邊形盒形件 6 6 6 12 新型柱狀杯形件 0 4注解：1）4 沒有起皺和斷裂的沖壓極限的預(yù)測(cè)和控制的表格 為了直接表達(dá)規(guī)則多邊形盒形件起皺，斷裂和成型極限的預(yù)測(cè)和控制

11、，以不銹鋼0cr18ni9(sus304)薄板和方形盒為例，在沖壓過程中，臨界起皺bhf值fw和臨界起皺bhf值ff的變化規(guī)律如圖1所示。 由圖1可以看出，ff有一個(gè)最小值，且他的位置稍微向前移動(dòng)。ff的最大值連線是一條直線。fw也一樣，最大值的位置網(wǎng)后移了。fw,min末端連線與橫坐標(biāo)是分開的，因此規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分存在直邊。根據(jù)臨界起皺bhf（壓邊力）的規(guī)律，防起皺bhf（壓邊力）會(huì)變化（也就是說，深拉深時(shí)bhf是變動(dòng)的）。深拉深變動(dòng)的bhf能夠在數(shù)控沖床上達(dá)到，而不能在常規(guī)沖床上達(dá)到。自然地，防起皺bhf不應(yīng)比ff的最小值大，否則的話，薄板毛坯的厚度將減小，甚至斷裂。 圖1 沖壓

12、時(shí)fw和ff的變動(dòng) 圖2展示了方形盒沖壓起皺，斷裂和成型極限的預(yù)測(cè)和控制的圖表。它能從圖1或者方程（6）和方程（10）推導(dǎo)出來。根據(jù)圖1和圖2，可以繪出三維直方圖（m，f），稱作在沖壓時(shí)起皺，斷裂和成型極限的預(yù)測(cè)和控制的總的圖表 圖2 方形件起皺，斷裂和成型極限的預(yù)測(cè)和控制圖表 如圖2所示，最大值fw曲線和最小值ff曲線在c點(diǎn)相交，相應(yīng)的深拉深系數(shù)m1被認(rèn)為極限深拉深系數(shù)。它是沒有凸緣的方形件和帶有凸緣的方形件在拉深時(shí)的一個(gè)分界點(diǎn)。最大值fw曲線和最大值ff曲線在e點(diǎn)相交，并且相應(yīng)的深拉深系數(shù)被成為最小深拉深系數(shù)。它是帶凸緣的方形件深拉深/拉伸伴隨有成型和方形件受沖壓部分平板毛坯剛性沖頭拉伸的

13、一個(gè)分界點(diǎn)。當(dāng)直邊的相對(duì)長(zhǎng)度更大時(shí)，最大值fw曲線和最小值fw曲線。 當(dāng)深拉深系數(shù)，不帶凸緣的方形杯狀件的深拉深能夠進(jìn)行，時(shí)，這個(gè)區(qū)域?qū)儆跀嗔褏^(qū)域（fr），即，。為深拉深/綜合的拉伸區(qū)域（ddscr），即。時(shí)，為深拉深區(qū)域（ddr），即，；時(shí)為彎曲區(qū)域（wr），即，。當(dāng)深拉深系數(shù)時(shí)，帶凸緣的方形杯狀件深拉深/拉伸伴隨有成型可以進(jìn)行，并且，這個(gè)區(qū)域是fr，即 ，當(dāng)時(shí)對(duì)應(yīng)為ddscr，即， ，當(dāng)時(shí)，對(duì)應(yīng)為wr，即，當(dāng)深拉深系數(shù)，它是板料方形杯狀物受沖壓部分剛性沖頭的拉伸，并且時(shí)這個(gè)區(qū)域是fr，即，時(shí)，對(duì)應(yīng)為拉深區(qū)域（sr），即，。 總言之，有三個(gè)成型區(qū)域。abc區(qū)域是ddrwf（無凸緣的深拉深區(qū)域

14、）。aced區(qū)域是ddscr包括ddrwf（acd區(qū)域）和ced區(qū)域（帶凸緣的深拉深）。efhi區(qū)域是sr。只要深拉深系數(shù)m和bhff在相對(duì)成型區(qū)域選擇，起皺和開裂缺陷就不會(huì)發(fā)生。根據(jù)能量耗散最小原則，防起皺bhf（壓邊力）應(yīng)為最大值fw（深拉深時(shí)恒定的bhf）的11.2倍。深拉深系數(shù)m遠(yuǎn)離極限深拉深系數(shù)點(diǎn)c或者最小深拉深系數(shù)點(diǎn)e。另外，由起皺和斷裂極限決定的更窄的成型區(qū)域是獲得成型穩(wěn)定性最低的。對(duì)比柱狀杯形件成型來，在同樣的情況下，方形盒受沖壓部分的極限和最小深拉深系數(shù)比起柱狀杯形件來更小，方形盒受沖壓部分的bhf比起柱狀杯形件來更大，并且尤其是由于方形盒受沖壓部分直邊的存在最小值fw，其他

15、的盒形件受沖壓部分有相似的情況。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和分析在其他的出版物上有。5 結(jié)論（1） 規(guī)則多邊形盒形件凸緣變形區(qū)的角部的深拉深變形是起皺和斷裂的來源，材料轉(zhuǎn)移到弛緩和導(dǎo)致起皺的直邊部分。（2） 多余的三角材料起皺模型也適用于規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分。它是深拉深變形的固有屬性，并且擁有普遍的意義。（3） 規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分的起皺，斷裂和成型的準(zhǔn)則是對(duì)成型過程和成型極限的摸擬，它能預(yù)測(cè)和控制成型過程和成型極限。它適合于無凸緣的規(guī)則多邊形盒形件的深拉深，帶凸緣的規(guī)則多邊形盒形件拉伸并成型和剛性沖頭的平板材料的拉深。（4） 極限深拉深系數(shù)是無凸緣的深拉深與帶凸緣的深拉深，拉伸伴有成型的分界點(diǎn)。最小深拉深系數(shù)是帶凸緣的深拉深和拉伸成型與平板材料剛性沖頭的拉深。兩者都是有起皺和斷裂極限所決定的。（5） 因?yàn)橹边叿潘山遣孔冃?，?guī)則多邊形盒形件受沖壓部分的極限深拉深系數(shù)和最小深拉深系數(shù)在同樣的情況下比柱狀杯形件更小。規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分的臨界起皺bhf和臨界斷裂