板料成形過(guò)程中拉延筋抗力的實(shí)驗(yàn)測(cè)試

1、第36卷第4期2002年4月上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYApr.2002文章編號(hào):100622467(2002)0420456203板料成形過(guò)程中拉延筋抗力的實(shí)驗(yàn)測(cè)試楊建華,潘偉,何丹農(nóng),彭穎紅(上海交通大學(xué)塑性成型工程系,上海200030)摘要:針對(duì)理論計(jì)算拉延筋抗力的復(fù)雜性,借助一套拉深實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),以盒形件拉深過(guò)程為研究對(duì)象,提出了一種通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)便測(cè)試?yán)咏羁沽Φ姆椒?即通過(guò)測(cè)定有、無(wú)拉延筋前后的總拉深力可以簡(jiǎn)便地計(jì)算出拉延筋抗力的大小.將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算,表明試驗(yàn)方法得到的結(jié)果與數(shù)值模擬的結(jié)果相吻合,說(shuō)明

2、了實(shí)驗(yàn)方法的正確性.關(guān)鍵詞:板料成形;拉延筋抗力;數(shù)值模擬中圖分類號(hào):TG3.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AExpeDraw2BeadRestrainingrceinSheetMetalFormingYANGJian2hua,PANWei,HEDan2nong,PENGYing2hong(Dept.ofPlasticityFormingEng.,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)Abstract:Duetocomplexitiesofdraw2beadrestrainingforcecalculatedaccordingtotheory,depending

3、onKeywords:sheetmetalforming;draw2beadrestrainingforce;numericalsimulation在板料成形過(guò)程中,抗延筋抗力是控制板料流動(dòng)最主要的手段.為此,不少學(xué)者希望利用塑性成形理論對(duì)板料的彎曲變形進(jìn)行理論分析建立起合理的數(shù)學(xué)模型,直接計(jì)算拉延筋抗力.Weidemann1對(duì)拉延筋的壓邊行為進(jìn)行了分析,導(dǎo)出了一個(gè)簡(jiǎn)單的拉延筋抗力計(jì)算公式.Stoughton2采用能量平衡原理提出了一個(gè)相對(duì)完善的拉延筋抗力計(jì)算公式,考慮的影響因素也更全面.然而,要通過(guò)數(shù)學(xué)公式得到準(zhǔn)確的拉延筋抗力是不現(xiàn)實(shí)的.因?yàn)橛绊懤咏羁沽Φ囊蛩睾芏?雖然Stoughton推

4、導(dǎo)的公式中考慮了許多影響因素,然而也應(yīng)該看到,為了考慮這些影響收稿日期:2001211219基金項(xiàng)目:上海市科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金資助項(xiàng)目(015211009)作者簡(jiǎn)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(shù)、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(shè),影響了推導(dǎo)的準(zhǔn)確性.另一方面,理論分析為了簡(jiǎn)化推導(dǎo)通常僅局限于半圓形拉延筋.隨著板料成形復(fù)雜程度的增加,想要針對(duì)每一種可能的拉延筋情況都推出相適應(yīng)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(shí)際使用中缺乏可靠性.本文針對(duì)理論推導(dǎo)拉延筋抗力的復(fù)雜性,借助本研究室開(kāi)發(fā)的一套拉深實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),

5、以盒形件拉深過(guò)程為研究對(duì)象,提出了一種通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)便測(cè)試?yán)咏羁沽Φ姆椒?并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算.1拉延筋抗力的試驗(yàn)測(cè)試本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)盒形件拉深成形模擬大型覆蓋件的拉延筋成形性質(zhì).為了實(shí)驗(yàn)測(cè)定拉延筋抗力,本文提出一種簡(jiǎn)便測(cè)定拉延筋抗力的方法.首先測(cè)出第4期楊建華,等:板料成形過(guò)程中拉延筋抗力的實(shí)驗(yàn)測(cè)試457沒(méi)有拉延筋的總拉深力Fd,再測(cè)出加了拉延筋的總拉深力Fb,此時(shí)拉延筋的作用力Fs就可以表示為Fs=Fb-Fd由于試驗(yàn)?zāi)＞卟捎脤?duì)稱的結(jié)構(gòu),拉延筋作用力是由兩條相同的拉延筋產(chǎn)生的,即一條拉延筋的抗力可以表示為F測(cè)量拉深過(guò)程中的總拉深力,探針傳感器連接到應(yīng)變儀上,安裝在計(jì)算機(jī)

6、上的數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)應(yīng)變儀就可以將總拉深力及探針的受力讀入計(jì)算機(jī),經(jīng)軟件處理后,將測(cè)試結(jié)果打印出來(lái),實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用.主要模HHP982120型80t雙動(dòng)薄板拉深液壓機(jī)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(zhì),本文設(shè)計(jì)了一套試驗(yàn)?zāi)＞?如圖1、2所示.根據(jù)壓機(jī)的特點(diǎn),本試驗(yàn)?zāi)＞卟捎玫寡b結(jié)構(gòu).本試驗(yàn)裝置的關(guān)鍵在于在拉延筋的部位設(shè)計(jì)了一對(duì)鑲塊式結(jié)構(gòu),分別是壓邊圈上的拉延筋凸起鑲塊和對(duì)應(yīng)在凹模上的拉延筋凹槽鑲塊.每對(duì)鑲塊都可以設(shè)計(jì)成所需要的拉延筋尺寸和對(duì)應(yīng)的凹槽,同時(shí)有一對(duì)鑲塊是完全平整的,可以用此平整的鑲塊作對(duì)比試驗(yàn),延筋的作用力.圖3實(shí)驗(yàn)測(cè)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(zhǎng)邊 mm140142.54寬邊 mm108110.54圖1成形凸模及上模座Fig.1Drawingpunch實(shí)驗(yàn)選用兩組拉延筋A(yù)和B,拉延筋轉(zhuǎn)角均為圖2成形凹模及下模座Fig.2Drawingdie測(cè)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(jié)構(gòu),這樣設(shè)計(jì)的好處是2拉延筋抗力的實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果比較為了驗(yàn)證實(shí)體拉延筋模型的可靠性,建立試驗(yàn)的實(shí)體拉延筋模型后在Dynaform有限元分析軟件上進(jìn)行計(jì)算,得到如表4的結(jié)果.由表4可以看出,有限元計(jì)算

8、的拉延筋抗力和實(shí)測(cè)的拉延筋抗力大小的偏差基本上可以控制在5%左右.同時(shí)也發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)值均比模擬值大,這是因?yàn)閿?shù)值模擬的結(jié)果是取某一截面上的力來(lái)近似拉延筋抗力,實(shí)驗(yàn)測(cè)得的是本實(shí)驗(yàn)室研制的板料拉深成形性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成如圖3所示.該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成,主要部件包括探針、傳感器、A D轉(zhuǎn)換器及微機(jī)等.實(shí)驗(yàn)原理是:在凸模上方安裝壓力傳感器458上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)第36卷表2拉延筋A(yù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果.2TestresultsofexperiTabmentofdrawbeadA板料寬度 mm次數(shù)FbkN3結(jié)語(yǔ)本文提出通過(guò)測(cè)定有無(wú)拉延筋前后的總拉深力來(lái)計(jì)算拉延筋抗力的方法是一種實(shí)驗(yàn)測(cè)試?yán)咏羁沽Φ暮?jiǎn)

9、便方法,并經(jīng)過(guò)拉深測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證.通過(guò)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,看出實(shí)驗(yàn)測(cè)出的拉延筋抗力和有限元方法計(jì)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(jiǎn)便測(cè)試?yán)咏羁沽Φ姆椒ㄊ呛侠淼?由于此方法沒(méi)有考慮影響拉延筋抗力的影響因素,所以相對(duì)于真實(shí)解存在偏差.但可以將此方法和,先用此方法進(jìn)行拉延,:40FdFb70Fd12345FaveFs4.29.8表3拉延筋B實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)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(lái)的拉深力的影響.實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的力有可能包含著成形過(guò)程中發(fā)生的細(xì)微變化而產(chǎn)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(lái)的影響等等.表4有限元理論值與測(cè)試值的比較.4ContrastofthetheoreticalvalueandtestvalueTab板料寬度 mm拉延測(cè)試值kN筋A(yù)理論值 kN相對(duì)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(guó),等.結(jié)合等效拉延筋的毛坯設(shè)計(jì)方法的研究J.汽車(chē)工藝與材料,2000,(8):15-17.WARGYe,SHENQi2yu,WANGYu2guo,etal.Rese