【《某铝合金电机外壳无凸缘筒形件零件成形极限实验分析案例》2800字】

某铝合金电机外壳无凸缘筒形件零件成形极限实验分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u2179某铝合金电机外壳无凸缘筒形件零件成形极限实验分析案例 1268031.1成形极限图的试验方法 1179441.1.1无摩擦复合试验方法 1324471.1.2圆柱形凸模试验方法 1169491.1.3半球形凸模试验方法 2204211.1.4十字形双向拉伸试验法 2324331.2试样的制备 332691.3应变网格制取 3278831.4胀形实验步骤 3236851.5实验数据的测量及成形极限图的绘制 4FLD(成形极限图)也称为基勒-古德温图，是表示在不同应变水平下板金的行为的图表。表示金属行为的线被称为成形极限曲线(FLC)。成形极限图提供关于金属在断裂或收缩之前能够承受的最大应力的信息。这些图是通过讨论和测量使用钣金试验条的变形而构成的。在二维坐标系中绘制成形极限图，主应变在Y轴上绘制，次应变在X轴上绘制。应变是变形的量度——大应变被定义为变形大的方向，小应变被定义为变形小的方向。不同类型和不同厚度的钣金件都有自己独特的成形极限图。1.1成形极限图的试验方法1.1.1无摩擦复合试验方法该方法得到的成形极限图分为左右两部分。通过拉伸不同形状和宽度的试样，得到左侧的极限点。右半部分的极限点是通过管子或椭圆形试样的水力胀形得到的。整个试验过程不受摩擦条件的限制，根据变形过程中所反映的张力或压力，可以正确判断材料的分散性不稳定性。然而，测试需要使用两种不同的设备，这需要相对较高的要求[9]。1.1.2圆柱形凸模试验方法利用圆柱形凸模进行成形极限的试验，由Marciniak和Kuczynski共同提出，也被称为M-K方法。通过将不同宽度的试验片放入模具中进行冲压成型，可以得到不同的应变路径。但是这种方法存在的问题是试样容易在圆角处断裂，为了避免出现这种现象，通常选择一层塑性较好的材料作为垫片，并在垫片的中间开一个孔，然后将它放在凸模和板料之间。在成形过程中，板的最大变形部位是平面，几乎不受摩擦和第三方向(厚度方向)压力的影响，因此也被称为面内试验法（inplane）。该方法所使用的测试设备相对简单，是常见的测试方法之一[9]。1.1.3半球形凸模试验方法与圆柱型凸型试验类似，一般采用将凸型从圆柱型变形为半球形的方法。因为最初是由Nakazima提出，所以称之为Nakazima试验法。在Nakazima试验中，通过改变试验片的宽度和润滑条件，改变冲压时的负荷状态，可以得到不同的应变路径，理论上可以达到从单向拉伸到等双向拉伸的成型极限。在成型过程中，板材弯曲变形而不在同一平面内时，在一定厚度方向上受到应力的影响，因此被称为非平面试验(out-of-plane)[9]。这种方法的优点是操作容易，接近于工业用途。缺点主要有以下几点。①变形受模具尺寸的限制，凸型的半径直接决定弯曲形变的大小，因此用这种方法得到的成形极限图多依赖于模具尺寸。②受摩擦和曲率的限制，形变梯度大。③因为测试片几乎都在特定的地方开裂，所以这种方法对材料的缺陷不敏感[10]。1.1.4十字形双向拉伸试验法十字型双向拉伸试验法是研究复杂的形变路径对成形极限图的影响的热点和难点，最早由Shiratori和Ikegami提出。Shimada在试样的十字臂上附加了强化板，Kelly将中心部做薄来解决中心区变形量大的问题。为了解决中心部的负荷不均的问题，Galater等人提出了在臂上开缝型的十字形试样。Neale等人结合开缝与减薄，提出了臂上开缝和中心区减薄的试样，并且顺利地应用到了铝合金，使中心区等效应变增加到0.6。Kreissig等人提出了一种深入中心区的大圆角试样和锥形十字臂试样。研究所用的十字型测试片必须满足以下4个要求。①保证在试验片的中心部颈部收缩或破裂。②不允许应力集中在非中心部位。③考试片中心的测量部位中，主平面剪切应力的近似性，两轴方向的主应力主要平面上均等分布。④如果试样满足了前3个要求，再寻求计算中心部位的截面应力的方法[12]。一般来说，确定板料成形极限图最常用的实验室方法是使用刚性冲头的胀形试验。在鼓胀试验中使用的样品的一面印有圆形网格。在测试过程中，样品没有圆形网格的一侧被放置在压边架和模具之间。压边器的压边力用于压缩试样，使试样在测试过程中不会滑动。在胀形试验过程中，由于刚性冲头的压力，试样的中间部分逐渐胀形，并出现偏凸同时发生了胀形变形。当在凸壳的某处出现开裂或颈缩时，在试验的末端和凸起试验的末端，原始样品上的圆形网格变成一个近似椭圆形的形状。在试样开裂或领口处或附近发现了几个变形较大的晶格，测量了长轴和短轴的长度，并根据测量的长度计算了金属板的平面内极限应变。1.2试样的制备由于受到试验设备条件和试样尺寸的限制，无法对板料进行拉伸预加载，所以本实验只研究了无预加载方式下铝合金5052的成形极限，通过改变试样的宽度来实现不同的应力状态的条件。试样的厚度为1mm，长度为180mm，宽度分别为20mm、40mm、60mm、80mm、90mm、100mm、120mm、140mm、160mm和180mm，每个宽度的试样切一个。采用线切割的方法切割试样，切割试样所用的板料是200×200mm的铝合金5052方形板料。图3-1分别为切割时的排样图和切好以后的试样形状。图3-1试样形状1.3应变网格制取本实验采用LM-950型高精度金属电化打标机印制网格，所用的方法是电化学腐蚀法，网格图案采用直径为2mm的Ⅰ型圆网格。圆网格Ⅰ胀形后变成椭圆形，而且测量长轴和短轴比较方便，所以采用这种网格图案。1.4胀形实验步骤在CMT5105微机控制电子万能试验机上进行印制好应变分析网格的试样的胀形试验，当胀形到试样刚开始失稳出现初始裂纹时停止胀形，然后取出试样。所有的试样都在相同的试验条件下进行胀形试验，目的是为了保证每个试样在胀形试验时的压边力和胀形速度一致。具体的试验步骤如下：（1）打开万能试验机，预热15分钟左右，再将其配套的电脑打开，打开SANS——PowerTest软件进行联机；（2）将Nakazima模具安装在万能试验机上，如图3-14所示；（3）将试样放在压模和冲头之间，印有网格的一面朝下，试样的中线要保证与模具的中线对准；（4）旋紧锁紧螺钉，使垫模的压边圈将试样的边缘压入压模的凹槽中，从而起到压边的作用；（5）将万能试验机的横梁向下移动，直到横梁上的上压头刚好碰到冲头为止，然后将软件中所有显示的值清零，点击开始按钮进行胀形试验，试验的过程中观察试样底部的变形情况，当试样底部出现颈缩或刚刚开裂时立即停止试验；（6）将万能试验机的横梁向上移动，松开锁紧螺钉，取出试样。图3-2胀形后的试样1.5实验数据的测量及成形极限图的绘制采用网格应变分析法测定试样上的极限应变，先测量出颈缩部位或破裂部位的临界网格圆的直径变化，再计算出相应的应变，临界网格圆是用于测量和计算极限应变的网格圆。但在实际的工程应用中，可以选择颈缩或破裂部位附近的临界网格圆进行测量，从而近似得计算出试样上某点的极限应变。测量、计算出所有的数值以后，绘制成试验数据表，每个试样上选取了3个临界网格圆，所以每个试样上计算出的和都有3个值，取3个值的平均值作为该试样的长轴真实应变和短轴真实应变，表3-1列出了每个试样的和的平均值。以为横坐标，为纵坐标建立应变坐标系，用Origin9软件将表3-5中的数据绘制成铝合金5052板料成形极限图，如图3-3所示。表3-1每个试样的和的平均值宽度(mm)ε1的平均值ε2的平均值200.309-0.184333333400.399333333-0.046600.4783333330.035666