復雜薄板件流體介質(zhì)成形及多點壓邊技術研究.pdf

1、由于節(jié)約能源和環(huán)保的需要，對板金零件提出了更高要求：a）提高強重比以制造更輕的車體結構；b）提高零件的復雜程度以減少裝配零件的數(shù)量；c）提高零件的尺寸精度和表面質(zhì)量以提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量。板料流體介質(zhì)成形技術正是適應了這一要求而發(fā)展的新工藝，該工藝是一種采用流體介質(zhì)作為成形過程軟凸?；虬寄５陌辶铣尚涡路椒?，它特別適合于難變形材料和復雜形狀零件的制造，在汽車和航空航天等領域有廣闊的應用前景。伴隨著這些新工藝的發(fā)展，一些變壓邊力的技術也得到了

2、發(fā)展，多點壓邊技術就是其中的一種，它克服了傳統(tǒng)沖壓成形的恒定壓邊力的缺點，通過壓邊力的合理分布控制法蘭處金屬的流動，進一步提高板料的可成形性能。 作者設計并制造了板料液壓成形實驗裝置，該裝置具有低壓與高壓能量傳遞的增壓器，解決了建立超高壓問題；具有比例控制閥的液壓控制系統(tǒng)可實現(xiàn)液壓室內(nèi)壓力的連續(xù)控制。利用該裝置在雙動壓力機上進行了圓筒件充液拉深實驗，在不同壓邊力和液壓成形力配置下，得到了不同拉深比的充液拉深試件，最大的拉深比達到

3、了3.0。分析了液壓拉深工藝的特點，成形過程中由于反向液體壓力的作用，增大沖頭與板料間的摩擦力，從而有效的避免了沖頭圓角處板料的強烈地減薄，沖頭與壓邊圈間形成的環(huán)形小鼓包對板料的后續(xù)成形有預強化作用，液體介質(zhì)沿法蘭與凹模間流出可以起到潤滑作用，從而有利于法蘭金屬流入凹模。此外認為合理的模具尺寸設計以及合理搭配壓邊力和液壓成形力是實現(xiàn)大拉深比的關鍵。 為了進一步掌握液壓拉深模具設計和確定工藝參數(shù)的方法，采用塑性成形理論分析和數(shù)值模

4、擬對液壓拉深工藝進行了探討。在進行理論分析時，將圓筒件分為“法蘭區(qū)”、“己成形區(qū)”、“自由變形區(qū)”三個部分，并分析了每個區(qū)域內(nèi)的應力狀態(tài)，得出了相應的理論計算公式，通過這些理論公式可以指導模具設計和工藝參數(shù)的設定。在模擬分析時，介紹了板料成形模擬的基本理論，并且詳細闡述了用商業(yè)有限元軟件DYNAFORM和LSDYNA進行板料的液壓成形過程模擬的方法。最后通過數(shù)值模擬比較了某型號摩托車油箱的帶多點壓邊的傳統(tǒng)液壓成形和充液拉深工藝，認為充液

5、拉深工藝更適合形狀復雜油箱的成形。并且通過數(shù)值模擬優(yōu)化了帶多點壓邊的油箱液壓拉深成形時局部小油缸的配置，以及預報了局部小油缸壓邊力、整體壓邊力和液壓成形力。分析發(fā)現(xiàn)常規(guī)液壓成形適合于成形球類和旋轉體類并且圓角半徑比較大的零件；充液拉深工藝適合于成形形狀復雜和難成形材料的零件如大型覆蓋件等。 對鋁合金階梯形薄壁件的粘性介質(zhì)壓力成形進行了實驗和模擬研究，首先通過細管式流變儀測定了所用粘性介質(zhì)的流變特性，得到了介質(zhì)分別為33℃和120

6、℃時的稠度系數(shù)和本構關系。在成形實驗和成形過程數(shù)值模擬中，都選擇了恒大壓邊力、恒小壓邊力和先小后大的變壓邊力三種典型加載方式來進行試驗，通過對試驗及模擬情況、等效應力和應變分布以及厚度減薄等情況的分析，了解并得到了粘性介質(zhì)壓力成形的變形規(guī)律和成形特點。 發(fā)現(xiàn)恒小壓邊力容易引起法蘭起皺，導致介質(zhì)泄漏而使凸臺處無法成形；而過大的壓邊力又會導致靠近法蘭的凸臺處破裂。采用變壓邊力的加載方式，即在板料接觸凹模壁前施加較小的壓邊力讓板料在不

7、起皺的條件下充分流入模腔，在同凹模壁接觸后施加較大的壓邊力保證板料在大的作用力下貼模成形，可很好地避免成形過程中的起皺和破裂。其成形件最大厚度減薄率小于20％，且成形件的兩個凸臺區(qū)完全達到要求尺寸。由于粘性介質(zhì)的特有的力學特性，在成形過程中，它可以在板料上形成非均勻的分布力，因此，粘性介質(zhì)壓力成形工藝可成形圓角半徑比較小的零件。比較實驗與模擬結果，兩者很好的吻合。 通過用聚氨脂棒代替小油缸實現(xiàn)局部壓邊，設計和制造了多點壓邊成形的

8、試驗模具。利用該模具在單動壓力機進行了方盒的多點壓邊成形和常規(guī)沖壓成形實驗，共選擇了六種壓邊力加載方式來進行試驗。通過實驗發(fā)現(xiàn)采用多點壓邊可成形出50mm深的試件，而常規(guī)沖壓只能成形出40mm深的試件；數(shù)值模擬也發(fā)現(xiàn)多點壓邊成形試件相對于常規(guī)沖壓成形試件有比較小的等效應力和應變，而且等效應力和應變分布更加均勻和合理，此外厚度減薄相對較小。這說明采用多點壓邊可以控制法蘭的金屬流動，從而提高板料的成形性。研究發(fā)現(xiàn)合理的配置局部壓邊力是多點壓