基于數(shù)值模擬的盒形件拉深極限研究現(xiàn)狀

夏莉

摘 要：近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于盒形件拉深的研究越來(lái)越多。無(wú)論是盒形件拉深模具設(shè)計(jì)、數(shù)值分析、還是缺陷分析都有了新的成果。

關(guān)鍵詞：盒形件；拉深極限；現(xiàn)狀

1.國(guó)內(nèi)外對(duì)盒形件多次拉深判定的研究現(xiàn)狀

1.1 盒形件一次拉深成形的判定

盒形件拉深過程中，坯料所受應(yīng)力和變形沿周邊不均勻分布，其不均勻程度隨相對(duì)高度（h/b）及角部相對(duì)圓角半徑r/b的大小而變化，這兩個(gè)比值決定了圓角部分材料向側(cè)壁轉(zhuǎn)移的程度及側(cè)壁高度的增補(bǔ)量[3]。所以可以從這幾個(gè)方面入手來(lái)進(jìn)行一次拉深的判定。

①按盒形件的相對(duì)高度（h/b）判定

從文獻(xiàn)1得出，盒形件相對(duì)高度（h/b）可以用來(lái)判定盒形件是否能一次拉深成形（h表示為盒形件的高度，b為正方形件的邊長(zhǎng)或者矩形件的短邊長(zhǎng)度，D為正方形盒拉深毛坯直徑或矩形盒拉深毛坯寬度，t為毛坯厚度），若比極限相對(duì)高度小，則可以一次拉深成形，反之亦然。這種方法比較簡(jiǎn)單，容易判定。但是沒有考慮到圓角半徑對(duì)拉深次數(shù)的影響，實(shí)際上這種影響是存在的且是重要的影響因素。因此這種方法是不全面的。

②按角部的拉深系數(shù)來(lái)判定

文獻(xiàn)3給出了一種新的按角部的拉深系數(shù)判斷一次拉深成形的方法。對(duì)于低盒形件，由于直邊部分對(duì)圓角部分的影響相對(duì)較小，圓角處的變形最大，故變形程度可以用圓角處的拉深系數(shù)m來(lái)表示，m=r/Ry。其中r為角部的圓角半徑，mm；Ry為毛坯圓角部分的假想半徑。若m大于盒形件角部第一次拉深系數(shù)m1，可一次拉成。若m小于m1.則不能一次拉成。此種方法雖然著重考察圓角半徑的影響，而忽略掉其他的影響因素。此外，由于引入了假象半徑這個(gè)參數(shù)，就不免帶入了誤差。假象半徑即為原始毛坯的半徑。眾所周知，目前關(guān)于盒形件原始坯料尺寸的計(jì)算方法還不完善，現(xiàn)有的使用方法得出的坯料尺寸存在誤差。所以采用這個(gè)誤差的數(shù)據(jù)得出的結(jié)果必然是誤差的。

③按盒形件的相對(duì)深度來(lái)判定

文獻(xiàn)4也總結(jié)出可以用相對(duì)深度h/r值進(jìn)行一次拉深成形的判斷。大于一次拉深許可的比值則不能一次拉深成形。此種方法沒有考慮到盒形件的寬度b對(duì)拉深次數(shù)的影響，這種影響是存在的且不能忽視的。

1.2 盒形件多次拉深的判定

盒形件是典型的非軸對(duì)稱拉深件，在拉深過程中材料變形較為復(fù)雜[6] 。目前， 雖然人們已經(jīng)對(duì)盒形件在理論分析和實(shí)驗(yàn)研究等方面作了大量的工作， 但因其變形的復(fù)雜性，還不能像軸對(duì)稱件那樣得出較為成熟的分析理論。判定盒形件是否可以拉深成形，主要取決于毛坯的變形程度，如果毛坯的變形程度過大，拉深時(shí)傳力區(qū)毛坯內(nèi)部的徑向拉應(yīng)力就會(huì)超過側(cè)壁材料的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生破裂，這時(shí)必須采用多工序拉深工藝。盒形件按其相對(duì)高度h/b的大小，分為低盒形件和高盒形件，當(dāng)h/b小于0.6-0.7時(shí)盒形件為低盒形件，h/b大于0.6-0.7時(shí)為高盒形件。高盒形件是不能一次拉深成形的，需要多次拉深。盒形件多次拉深不同于圓筒

形件多次拉深，也不同于盒形件的一次拉深。盒形件多次拉深材料沿其毛坯周圍變形是不均勻的。直邊部份對(duì)圓角部份的材料有一定的帶動(dòng)作用及變形程度的減輕作用。變形區(qū)除承受傳力區(qū)傳遞力的作用外，外端還受毛坯直壁的限制，因此直邊部份和圓角部份（徑向伸長(zhǎng)，切向壓縮）變形若不一致，必然會(huì)產(chǎn)生附加壓應(yīng)力與拉應(yīng)力使之產(chǎn)生橫向堆積起皺或變薄破裂[5]。這些都不利于盒形件拉深工序的順利進(jìn)行，為了避免上述情況，合理設(shè)計(jì)高盒形件的拉深次數(shù)也是有效的方法之一。

①高盒形件多次拉深的簡(jiǎn)易計(jì)算方法

文獻(xiàn)1等介紹了方形和矩形件拉深次數(shù)的簡(jiǎn)易計(jì)算方法，可供現(xiàn)場(chǎng)估算比較用。它是利用h和b的關(guān)系來(lái)估算拉深次數(shù)。查下面的表格即得出相應(yīng)的拉深次數(shù)。這種方法同樣存在著沒有考慮圓角半徑對(duì)拉深次數(shù)的影響。忽略掉了這一重要的影響因素。

②按拉深件的相對(duì)深度h/r確定拉深次數(shù)

文獻(xiàn)1等介紹了盒形件的相對(duì)深度h/r也可以用來(lái)確定拉深次數(shù)，不同的相對(duì)深度h/r的比值對(duì)應(yīng)不同的拉深次數(shù)。其中h為拉深件的高度，r為轉(zhuǎn)角半徑。主要存在的問題是忽略了盒形件直邊部分對(duì)拉深次數(shù)的影響。

③按盒形件的相對(duì)高度確定拉深次數(shù)

文獻(xiàn)3介紹了按盒形件的相對(duì)高度h/b的比值查相應(yīng)的表格確定拉深次數(shù)。這種方法很簡(jiǎn)單，僅僅考慮高度這一個(gè)影響因素，忽略了圓角半徑和直邊的影響，這樣得出的結(jié)果和實(shí)際出入很大，不便于采用。

④按盒形件多次拉深的總拉深系數(shù)來(lái)估算拉深系數(shù)

高盒形件一般需要多次拉深，即先拉成較大的圓角，再逐步減小圓角半徑。前后工序半成品角部的圓角半徑之比稱為拉深系數(shù)m，以后各次的拉深系數(shù)必須大于極限拉深系數(shù)。拉深次數(shù)亦可通過盒形件多次拉深的總拉深系數(shù)來(lái)估算。

算出總的拉深系數(shù)后查對(duì)應(yīng)的表格得出拉伸系數(shù)。這種方法直接套用已有的公式計(jì)算總拉深系數(shù)，計(jì)算過程比較繁瑣，公式對(duì)原始毛坯的尺寸有要求，運(yùn)用不靈活，有一定的局限性。

2.現(xiàn)有的判定方法存在的問題

上述介紹的幾種關(guān)于盒形件多次拉深判定的方法是目前國(guó)內(nèi)比較常用的，但是都存在著一定的問題。具體如下：

①用角部的拉深系數(shù)來(lái)判斷一次拉深成形，這里的Ry為毛坯圓角部分的假想半徑，假象半徑即為原始毛坯的圓弧半徑，我們都知道盒形件的原始毛坯尺寸的計(jì)算本身就很復(fù)雜，現(xiàn)有的方法都是估算出來(lái)的，存在誤差。如果我們采用的都是有誤差的數(shù)據(jù)，那么很顯然得出的結(jié)果必然是不準(zhǔn)確的。

②隨著技術(shù)的不斷成熟，對(duì)盒形件研究的不斷深入，其中很多方法中的數(shù)據(jù)有了新的改進(jìn)。如文獻(xiàn)2等對(duì)盒形件一次拉深成形的極限進(jìn)行了研究，包括一次極限拉深系數(shù)的研究，相對(duì)高度的研究，研究表明盒形件一次拉深成形的拉深系數(shù)比此前很多手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)小。這樣便可以提高拉深的范圍，降低成本。

③盒形件由于直邊的存在，拉深時(shí)圓角部分的材料可以向直邊流動(dòng)，這就減輕了圓角部分的變形。可以使圓角部分危險(xiǎn)斷面的拉應(yīng)力有不同程度的降低。直邊的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，直邊對(duì)圓角的影響越強(qiáng)，極限變形程度的提高越顯著。反之，直邊越短，直邊對(duì)圓角部分的影響越小。同樣的拉深的高度越高，越容易拉裂。這些都證明拉深次數(shù)的判定與拉深的高度h、拉深件的圓角半徑r、拉深件的直邊長(zhǎng)度有關(guān)。我們從現(xiàn)有的判定方法容易看出這些方法都只涉及了這三個(gè)因素中的任意兩個(gè)。并沒有把所有的因素全部考慮完全。很顯然，這些方法有自己的局限性。

參考文獻(xiàn)

[1]薛啟翔.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)例分析.機(jī)械工業(yè)出版社

[2]賀軍濤.盒形件拉深的研究[D].吉林大學(xué)，2004

[3]齊衛(wèi)東.簡(jiǎn)明沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè).北京理工大學(xué)出版社

[4]孫景芳.盒形零件一次拉深成形極限的研究.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1994年04期

[5]于連仲.確定高方盒形件拉深次數(shù)的圖解法.鍛壓技術(shù)，1989年03期

[6]于連仲.高方盒形件多次拉深工藝過程的確定.鍛壓技術(shù)，1986年02期