无凹模反拉深工艺初探.pdf

锻压技术1 9 9 1 年第 4期 无 凹模反拉深 工艺初 探 航空航天工业部秦峙电气公司 何謇 生 摘要本 文提 出了一种新 的工艺方 法一 无凹模反拉深 工艺 从 而消除 了反拉深 凹模 圆角 和壁 厚受 限制 的致 命弱点 应用主应力 法得 出了主变形 区的应力分布 曲线 应 用变 形功法导 出了变形抗力的计算公式 得出了当凸模圆角合理时 无危险断面 且外筒壁 不会失稳 的结论 此 工艺 已应用于解决复杂拉深件 的成形 井 已取得 了满意 的效 果 一 前 言 所 谓无凸模反拉深 就 是将 正拉 深 后的 半 成品工件倒放 于平 板上 凸模从 工件 底部压 下 使工件表面 内外 翻转 如 图 1 所示 反拉 2 I 卜 I 圉 深工艺具有一 系列 显著特点 不 易起 皱 不易 破裂 材料硬化程 度 比正拉深低 然 而 它还 存在着致命 弱点 凹模 圆角半 径和壁 厚受拉深 系 数 限 制 一 般 拉 深 系 数 比正 拉 深小l 0 l 5 反 拉深 件直 径不能小于 3 O 6 0 t t 为材 料厚度 研究如何 消除反拉深工 艺的致 命弱点 对 于发 展反 拉深 工艺具 有重 要意义 但是 至今这 方 面的研究 仍未发现 为此 笔者 1 9 8 8年 对无 凹模反 拉深 工 艺进 行 了初 步研 究 和探讨 并将其应用于实际 生产 取得 了 良好 效果 本文 应用 主应 力法对 主要变形 区 凸 缘应力分布规律进 行了分析 得 出了应力分布 曲线 对其进行 了误 差分析 应用变形功法分 析 了筒壁的受力情况 从而得 出了当 凸模 圆角 R合理时 无 凹模反拉深没 有危 险断面 外 筒 壁不会 出现失稳现象 通过 试验可证 明 其致 命 弱点可 以消 除 二 试验 结合生产线上存在 的实 际问题和 条件 笔 者 用厚 1 5 ram 软 钢 板 在 Y4 1 4 0 A 液压 机 上进行 了反拉深试验 把 经 过 正 拉 深 得 到 的 筒 形 零 件 直 径 9 4 mm 高 4 4 mm 倒 放 在 液 压 机工 作 垫板上 凸模放在 零件底 部如 图 1 凸模 直 径 d 8 0 mm 凸模 圆角 R l mm 凸模与 零 件 同轴 然后开 动液压机进行拉深 反拉深系 数为 m dl 面 8 0 0 8 5 对无 凹模反 拉深件进行测量后 可知 危险 断 面处 的 料厚 为 f 1 5 mm 外 筒壁各 处 料厚 仍保 持正拉 深时对应处的厚度 即反拉深时不 变 拉深力 的变化 如图 2 3 3 维普资讯 圈2 三 无凹模反拉深过程 中的力学分析 1 无 凹模反拉 深的应 力与应 变状 态 在 反拉深 过程 中 成形件可划分 为 5个 不 同的应 力应 变区一 外筒壁 区 I 凸缘 区 内 筒壁区 凸模圆角区 和筒底 区V 各 区的 应力应变状态如图 3所 示 囝3 2 用主应 力法求解变形抗力 反拉深时 材料 的总变形抗 力 主要来源 于凸缘材料的变形抗力 塑性成 形 中 板料 成 形 工序 可 以认为是平 面应 变状态 0 板 料 处于塑性流动状态下 只 能传 递力而不 能传 递 力矩 弯 蓝应 力可忽略 不计 无 凹模 反拉 深满足上述条件 下面用主应力法求解变 形抗 力 其步骤为 1 为 了便于建 立 方程 假设 自由变形 区 图 3 断 面在大 反拉 深 系数拉 深时 可 用圆 3 4 的方 程 描述 则计 算 所 需几 何 参 数如 图 4所 示 得 6 l e d 图5 l d 6 1 f 由 却 2 6 3 t p d O s 枷 牛 一 t r d p 0 忽略二阶微分 掣 l 整理上式 r d a l d d r 0 3 p d O 0 1 3 按 图 6几何关 系有 图6 P p c o s O d r p s i n O dO 2 3 维普资讯 c 4 1塑 性 方 程 为 4 式 中P 0 d O d r r l 参 见图 4 r一 料 厚 8处 的径 向应 力 日处 切 向 应 力 材料 的实 际变形抗 力 与 变形程 度有关 由于 无凹模 反拉 深时凸 缘 的 变形 量 可 以认 为是 一 个 常 数 因此 亦 可认 为是 常数 计 算 时取 的影 响 系数 由于 2 只 由弯 曲和 反 弯 曲产 生 没 有 压 边 装 置 取 口 1 5 联 解方程 1 2 3 4 得 d a 1 1 s i n O一1 一 一 l c o s O P 反拉深系数 一 r 3十 P r1 2 由 6 式得P 丁r l 1 一1 将 7 式代人 5 得 如 d臼 二 1 一 1 1 一 圈1 6 7 二 8 K c o s a 式中K一 9 m Z 求解 方程式 8 可得出曲线 图 7 和得 出 O I m a x C 1 0 式 中c 比例 系 数 与 m 有 关 m 越 大 C值越大 反之 亦然 当 0 0时 O 有 最 大 值 通 过 计 算 得 m 0 8时 1 1 4 0 0 m 0 8 5时 O 1 m a x 1 4 7 m 0 9 0时 O 一1 5 由于 危险断面处的抗拉强度 一 1 O 4 d 1 1 比较 上述计算 结 果与 1 1 式 显然 内筒 壁 会被 拉裂 然 而实际危险断面处材 料 尚未 出现 颈缩 现象 说 明计算误差较 大 其原 因有 1 欧拉一柯西 近似法本身有误差 f 2 自由变 形 区 断面形状 与假设 不 完全 一 致 尽管计算与实 际有误差 但该 计算可反映 出无凹模 反拉深 时 和 的变化 规律 对进 一 步 研究工艺参数 分析 问题很有价值 为 了能 较 准确 地求解 出材料 的变 形抗 力 下面应用 变形功理 论进行分 析计算 因为变 形 功理论是建 立在能量守恒定 律的基础上 与 材 料 中间变形过程无关 3 应用变形功理论求解 变形抗 力 d d d d 1 2 式 中 外载 荷所 作的功增量 d 材料塑性变形功增量 厂外 摩擦 力所 作 的功增量 由于无 凹 模 即无摩擦 故 d 0 1 塑性 变形功增 量 d 对于平 面应 变 d s 2 0 d s l 一 出 d 一 d d 3 l m 1 3 2 变形区等效应变增量 35 维普资讯 学 学 1 J 4 图8 如图 8 设l A Bl h 一 d d d s d r 孚 一 可 丝 3 1 m 2 外载荷所作的功增量 d Ph 式 中P 一外 载荷 d 一外力方 向上的位移增量 根据面积不变条件和图 8有 d d 2 h 即d 一 1 将 1 7 代A 1 6 得 d 将 1 5 1 8 代 A 1 2 得 孥 将 P折 合 成 内筒 壁 的拉 深 应 力 o P 半 1 一 一 1 T 2 4 Y 1 一 m f I 一1 州 鲁 半 1 9 比较 1 与 1 9 显然 所 以 内筒壁 无危 险断面 将 P折合成外筒 壁的压应 力 nt d 半 2 0 3 根据 密 席 斯 v0 11 Mj s e s 屈 服 准则 和 包 申 格效应 Ba u s c h i n g e r e f f e c t 有 2 1 式 中 材料 点应 力状 态的 等效应 力 在 单 向压应力 时 外筒 壁的屈 服 强度 外 y 筒 壁经 过 首 次 正 拉 深 已产生 硬 化 J 6 由于 l 比较式 2 0 2 1 显然 1 7 o y o 从而得知外筒壁不会 失稳 四 应 用 图 9是我厂生产 的 电机端盖 该零件结构 复 杂 成形时材料流动 困难 原工艺过程是五 次拉 深 三次退火 一次校正成形 结果在轴 承 室 底 部 R 稍 偏 上 处 出现 缩 颈 和掉 底 现 象 零 件成批报废 其慝 因是 校正 工序材料少 校 正时材料的变形程度超过了材料本身的抗拉强 度 为 了便于材料 的 流动 减少材料 的变形程 度 我们在第四次 反拉 深时 应用无 凹模反 拉 深 工 艺理 论 将 凹模 作 了如 图 l 0所 示 修 改 使 零件底部 与凹模之 间有一段距 离 S 此实质 就是无 凹模反拉 深 凹模 只起 到抵 消因 0 3引 维普资讯 起的 内筒 壁的变形 作用 图l O 采取上述措施后 一次解 决 了问题 并减 少 了两道热处理工序和一道拉 深工序 该项使 工 厂年创产 值 1 6 0 0万元 以上 降低 生产 成本 l 2万 元 以 上 图 9零 件 的工 艺 简 图为 图 l l 冲切工 序 略 口 1 E 1 落 科拉 深 2 反 拉 湃 3 拉 潦 4 反 拉 潦 圉 1 五 结论 1 无 凹模反 拉深 可 消除反拉 深之致 命弱 点 反 拉深系数不受 凹模壁 厚和零件太小 的限 制 2 在 进行 无 凹模 反拉 深 时 外筒 壁 不会 发 生塑性失稳 当凸模 圆角合理 时 内筒 壁没 有危 险断面 3 内筒 壁 由于 的作 用 对于 球形 圆 锥 形零 件拉深 不失为 一种 较佳工艺 对于筒 形 零 件 可视需 要 采取 一 定措施 如施 加 反 向 压力 以保证零件精度 参考文献 1 3 衡墩 建 黧哲 玲 浅析 反 拉 棵 摸 其 工业 1 9 8 7 旭 1 2 2 3彭建声 砖冲压技术问答 机械工业出版杜 9 8 l 3 3往 大 年 主 编 金 属 塑 性 庸 形 原 理 机 械 工业 出版 杜 9 8 2 4 3 张穗 荣 译 在 充 液 耀 拉延 时板 料拉 裂 极 眼 的求 击 锻 压技 术 l 9 8 l 怕 6 5 3湖南省机械工程