板料成形過程中拉延筋抗力的實驗測試

1、第36卷第4期2002年4月上海交通大學學報JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYApr.2002文章編號:100622467(2002)0420456203板料成形過程中拉延筋抗力的實驗測試楊建華,潘偉,何丹農,彭穎紅(上海交通大學塑性成型工程系,上海200030)摘要:針對理論計算拉延筋抗力的復雜性,借助一套拉深實驗測試系統(tǒng),以盒形件拉深過程為研究對象,提出了一種通過實驗方法簡便測試拉延筋抗力的方法,即通過測定有、無拉延筋前后的總拉深力可以簡便地計算出拉延筋抗力的大小.將實驗結果與數(shù)值模擬結果進行了對比計算,表明試驗方法得到的結果與數(shù)值模擬的結果相吻合,說明

2、了實驗方法的正確性.關鍵詞:板料成形;拉延筋抗力;數(shù)值模擬中圖分類號:TG3.1文獻標識碼:AExpeDraw2BeadRestrainingrceinSheetMetalFormingYANGJian2hua,PANWei,HEDan2nong,PENGYing2hong(Dept.ofPlasticityFormingEng.,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)Abstract:Duetocomplexitiesofdraw2beadrestrainingforcecalculatedaccordingtotheory,depending

3、onKeywords:sheetmetalforming;draw2beadrestrainingforce;numericalsimulation在板料成形過程中,抗延筋抗力是控制板料流動最主要的手段.為此,不少學者希望利用塑性成形理論對板料的彎曲變形進行理論分析建立起合理的數(shù)學模型,直接計算拉延筋抗力.Weidemann1對拉延筋的壓邊行為進行了分析,導出了一個簡單的拉延筋抗力計算公式.Stoughton2采用能量平衡原理提出了一個相對完善的拉延筋抗力計算公式,考慮的影響因素也更全面.然而,要通過數(shù)學公式得到準確的拉延筋抗力是不現(xiàn)實的.因為影響拉延筋抗力的因素很多,雖然Stoughton推

4、導的公式中考慮了許多影響因素,然而也應該看到,為了考慮這些影響收稿日期:2001211219基金項目:上海市科學技術發(fā)展基金資助項目(015211009)作者簡介:楊建華(1972-),男,河北省保定市人,博士生,主要從事各種CAD技術、板料的數(shù)值模擬與物理模擬的研究.因素,也引入了不少的假設,影響了推導的準確性.另一方面,理論分析為了簡化推導通常僅局限于半圓形拉延筋.隨著板料成形復雜程度的增加,想要針對每一種可能的拉延筋情況都推出相適應的理論模型太困難,并且理論分析在精度上也存在很大的局限性,在實際使用中缺乏可靠性.本文針對理論推導拉延筋抗力的復雜性,借助本研究室開發(fā)的一套拉深實驗測試系統(tǒng),

5、以盒形件拉深過程為研究對象,提出了一種通過實驗方法簡便測試拉延筋抗力的方法,并將實驗結果與數(shù)值模擬的結果進行了對比計算.1拉延筋抗力的試驗測試本實驗主要通過盒形件拉深成形模擬大型覆蓋件的拉延筋成形性質.為了實驗測定拉延筋抗力,本文提出一種簡便測定拉延筋抗力的方法.首先測出第4期楊建華,等:板料成形過程中拉延筋抗力的實驗測試457沒有拉延筋的總拉深力Fd,再測出加了拉延筋的總拉深力Fb,此時拉延筋的作用力Fs就可以表示為Fs=Fb-Fd由于試驗模具采用對稱的結構,拉延筋作用力是由兩條相同的拉延筋產生的,即一條拉延筋的抗力可以表示為F測量拉深過程中的總拉深力,探針傳感器連接到應變儀上,安裝在計算機

6、上的數(shù)據采集卡通過應變儀就可以將總拉深力及探針的受力讀入計算機,經軟件處理后,將測試結果打印出來,實驗設備采用.主要模HHP982120型80t雙動薄板拉深液壓機具參數(shù)如表1所示.為了研究類似的盒形件拉延筋模型的性質,本文設計了一套試驗模具,如圖1、2所示.根據壓機的特點,本試驗模具采用倒裝結構.本試驗裝置的關鍵在于在拉延筋的部位設計了一對鑲塊式結構,分別是壓邊圈上的拉延筋凸起鑲塊和對應在凹模上的拉延筋凹槽鑲塊.每對鑲塊都可以設計成所需要的拉延筋尺寸和對應的凹槽,同時有一對鑲塊是完全平整的,可以用此平整的鑲塊作對比試驗,延筋的作用力.圖3實驗測試系統(tǒng)的組成Fig.3Layoutofexperi

7、menttestingsystem表1模具主要參數(shù).1Parametersofdie&mouldTab模具凸模凹模圓角半徑 mm2020長邊 mm140142.54寬邊 mm108110.54圖1成形凸模及上模座Fig.1Drawingpunch實驗選用兩組拉延筋A和B,拉延筋轉角均為圖2成形凹模及下模座Fig.2Drawingdie測試的拉延筋抗力的大小如表2、3所示.凸凹模型腔采用矩形結構,這樣設計的好處是2拉延筋抗力的實驗與模擬結果比較為了驗證實體拉延筋模型的可靠性,建立試驗的實體拉延筋模型后在Dynaform有限元分析軟件上進行計算,得到如表4的結果.由表4可以看出,有限元計算

8、的拉延筋抗力和實測的拉延筋抗力大小的偏差基本上可以控制在5%左右.同時也發(fā)現(xiàn)實測值均比模擬值大,這是因為數(shù)值模擬的結果是取某一截面上的力來近似拉延筋抗力,實驗測得的是本實驗室研制的板料拉深成形性能實驗系統(tǒng)的組成如圖3所示.該系統(tǒng)由數(shù)據采集系統(tǒng)、數(shù)據分析系統(tǒng)組成,主要部件包括探針、傳感器、A D轉換器及微機等.實驗原理是:在凸模上方安裝壓力傳感器458上海交通大學學報第36卷表2拉延筋A實驗測試結果.2TestresultsofexperiTabmentofdrawbeadA板料寬度 mm次數(shù)FbkN3結語本文提出通過測定有無拉延筋前后的總拉深力來計算拉延筋抗力的方法是一種實驗測試拉延筋抗力的簡

9、便方法,并經過拉深測試系統(tǒng)進行了驗證.通過將實驗結果與數(shù)值模擬的結果進行對比,看出實驗測出的拉延筋抗力和有限元方法計算出的拉延筋抗力大小的偏差基本上可以控制在5%左右,故本文提出的這種簡便測試拉延筋抗力的方法是合理的.由于此方法沒有考慮影響拉延筋抗力的影響因素,所以相對于真實解存在偏差.但可以將此方法和,先用此方法進行拉延,:40FdFb70Fd12345FaveFs4.29.8表3拉延筋B實驗測試結果.3TestresultsofexperiTabmentofdrawbeadB板料寬度 mm次數(shù)FbkN40Fd70FdFd1WeidemannC.Theblankholderactionofd

10、rawbeadforcesinsheetmetalformingA.Processof10thBiennialIDDRGCongressC.England:TheInter2nationalDeepDrawingResearchGroup,1978.79-84.2StoughtonTB.ModelofdrawbeadforcesinsheetmetalformingA.Processof15thBiennialIDDRGCongressC.Italy:TheInternationalDeepDraw2ingResearchGroup,1988.205-214.12345FaveFs拉延筋存在而

11、帶來的拉深力的影響.實驗方法測得的力有可能包含著成形過程中發(fā)生的細微變化而產生的力的增大,例如加了拉延筋之后,由于接觸面積增大引起的壓邊力總體增大所帶來的影響等等.表4有限元理論值與測試值的比較.4ContrastofthetheoreticalvalueandtestvalueTab板料寬度 mm拉延測試值kN筋A理論值 kN相對偏差 %3KeumYT,KimJH,GhooBY.ExpertdrawbeadmodelsforfiniteelementanalysisofsheetmetalformingprocessesJ.InternationalJournalofSolidsandStructures,2001,38(8):5335-5353.4LanzonJM,CardewMJ,Hodgson.CharacterisingfrictionalbehaviourinsheetmetalformingJ.Jour-nalofMaterialsProcessingTechnology,1998,(89):252-256.5王燁,沈啟,王玉國,等.結合等效拉延筋的毛坯設計方法的研究J.汽車工藝與材料,2000,(8):15-17.WARGYe,SHENQi2yu,WANGYu2guo,etal.Rese