材料成型及控制工程專業(yè)外文資料翻譯

1、外文資料翻譯學院(直屬系): 材料科學與工程學院 規(guī)則多邊形盒形件沖壓工藝起皺和破裂的預測和控制摘要：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)生起皺的標準被演繹出來，并且常常用于預測和控制變形極限。根據(jù)斷裂模型，盒形件是否發(fā)生斷裂的標準也被歸納出，也用于預測和控制斷裂極限。把判斷沖壓件既沒有發(fā)生起皺也沒有發(fā)生斷裂的標準結合起來，可以得到盒形件受沖壓部分的材料的沖壓標準，用于預測和控制沖壓極限。以不銹鋼0cr18ni9(sus304)薄板和方形件的受沖壓部分的材料為例，有一個極限圖表可以預測和控制起皺、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)劃提供一個參考，凸凹模的設計，設備的選擇。一個評估薄板沖壓成形性的新標準預測和控制沖壓工藝，能被用于在恒定的或變動的bhf的情況下的深拉伸。關鍵詞：規(guī)則多邊形盒形件的沖壓部分；起皺；斷裂；沖壓準則；預測；控制 符號欄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)域的平均塑性流動應力，=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; 屈服準則中央主要應力的效應；k強度系數(shù)； 0毛坯厚度；ls直邊長度； 在凸緣變形區(qū)的平均真實應變；l不穩(wěn)定狀

4、態(tài)下的軸向長度； 深拉伸時毛坯在凸緣變形區(qū)相對移動位置；m角部的名義深拉伸系數(shù)，m=rw/r0; 0,b切向壓縮應力；b拉伸應力； r,b外部邊緣的徑向拉伸強度；,cr臨界起皺值的切向壓縮應力； r,max最大徑向拉伸強度。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)的應力和應變的分布的不規(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該由起皺極限和斷裂極限來控制。所以，對于規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分沒有發(fā)生起皺和斷裂的準則以極限預測和控制的表格呈現(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”，并且包括以下幾個部分：最嚴重的起皺位置，例如，凸緣變形區(qū)的外部邊緣，其末端的長度是;在凹模輪廓圓角半徑處未流動材料末端的長度，；臨界起皺的外圍波紋數(shù)目z，單個波紋長度系數(shù)，和環(huán)形極長度，對于臨界起皺切向壓縮應力矩形斷面。，且

6、當時，。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平行的表面，當毛坯在二者之間流動時，在凸緣邊緣區(qū)外部的邊緣變厚了許多，引起在整個凸緣上，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，因為毛坯夾具而產(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)生了徑向拉伸應力。借助于起皺模型，當在臨界起皺值下進行深拉深時，外部邊緣徑向拉伸應力（沿厚度方向均勻分布）被定義為如下（在凸緣變形區(qū)的最小徑向拉伸應力）： （3）從屈服準則（或者塑性條件），即，在深拉伸期間，在凸緣外部邊緣切向壓應力可寫做如下： （4）其中 方程4是直邊在深拉深時，凸緣變形區(qū)的最大切向壓縮應力方程，當=0時，就是在角部的方程。1.3 無起皺拉深準則無起皺拉深準則是： （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)生起皺的準則。據(jù)此，最小bhf，即，臨界起皺bh

8、f，常被用來預測和控制起皺，并且它的極限能被計算。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，因為深拉深力是由于沖頭產(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力比起上部分來更一致。當薄板料通過更小的凹模輪廓半徑時，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，有一個危險的臨界載荷方程： （7）方程（7）是在深拉深時臨界斷裂徑向拉伸應力，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力是： （8）方程（8）是危險區(qū)域的最大徑向拉伸應力方程。據(jù)此，深拉

9、深力能夠計算出來，這對工序的確定，凸凹模的設計和設備的選擇提供了一個好的基礎。2.3無斷裂沖壓準則 無斷裂沖壓準則被定義為如下： （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)常被用來預測和控制斷裂，并且它的極限值能被計算出。3 無起皺和斷裂的沖壓準則把方程（6）和方程（10）結合起來，就得到規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分沒有發(fā)生起皺和斷裂的準則，如下所示： （11）只要f滿足了方程（11）的條件，對于規(guī)則多邊形盒形件受沖壓部分在深拉深時

10、的兩個主要問題，起皺和斷裂，就可以被解決，并且沖壓能順利的進行。上述所述的準則為一個通用的準則，能應用到柱狀杯形物，長的盤狀物，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測和控制的表格 為了直接表達規(guī)則多邊形盒形件起皺，斷裂和成型極限的預測和控制

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有一個最小值，且他的位置稍微向前移動。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）會變化（也就是說，深拉深時bhf是變動的）。深拉深變動的bhf能夠在數(shù)控沖床上達到，而不能在常規(guī)沖床上達到。自然地，防起皺bhf不應比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fw和ff的變動 圖2展示了方形盒沖壓起皺，斷裂和成型極限的預測和控制的圖表。它能從圖1或者方程（6）和方程（10）推導出來。根據(jù)圖1和圖2，可以繪出三維直方圖（m，f），稱作在沖壓時起皺，斷裂和成型極限的預測和控制的總的圖表 圖2 方形件起皺，斷裂和成型極限的預測和控制圖表 如圖2所示，最大值fw曲線和最小值ff曲線在c點相交，相應的深拉深系數(shù)m1被認為極限深拉深系數(shù)。它是沒有凸緣的方形件和帶有凸緣的方形件在拉深時的一個分界點。最大值fw曲線和最大值ff曲線在e點相交，并且相應的深拉深系數(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、一個分界點。當直邊的相對長度更大時，最大值fw曲線和最小值fw曲線。 當深拉深系數(shù)，不帶凸緣的方形杯狀件的深拉深能夠進行，時，這個區(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，為深拉深區(qū)域（ddr），即，；時為彎曲區(qū)域（wr），即，。當深拉深系數(shù)時，帶凸緣的方形杯狀件深拉深/拉伸伴隨有成型可以進行，并且，這個區(qū)域是fr，即 ，當時對應為ddscr，即， ，當時，對應為wr，即，當深拉深系數(shù)，它是板料方形杯狀物受沖壓部分剛性沖頭的拉伸，并且時這個區(qū)域是fr，即，時，對應為拉深區(qū)域（sr），即，。 總言之，有三個成型區(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在相對成型區(qū)域選擇，起皺和開裂缺陷就不會發(fā)生。根據(jù)能量耗散最小原則，防起皺bhf（壓邊力）應為最大值fw（深拉深時恒定的bhf）的11.2倍。深拉深系數(shù)m遠離極限深拉深系數(shù)點c或者最小深拉深系數(shù)點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。實驗的結果和分析在其他的出版物上有。5 結論（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，材料轉移到弛緩和導致起皺的直邊部分。（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，斷裂和成型的準則是對成型過程和成型極限的摸擬，它能預測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。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） 因為直邊放松角部變形，規(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