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摘要：借助有限元分析單工序拉深錐殼時(shí)的成形特點(diǎn)，確定了拉深系數(shù)及其極限值的概念，推薦了計(jì)算數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)喂ば蚶�深；錐殼；拉深系數(shù)；計(jì)算數(shù)據(jù)

一、前言

單工序拉深薄壁錐殼時(shí)，金屬變形過(guò)程有某些特點(diǎn)，且在評(píng)定拉深的可能性時(shí)存在一定難度。此外，毛坯直徑與錐殼直徑之比值作為拉深系數(shù)和其極限值無(wú)嚴(yán)格確定的概念。并且，單工序成形的極限性數(shù)據(jù)缺乏充足理由。因此，在調(diào)整工藝時(shí)，常導(dǎo)致不正確的變?yōu)閮傻拦ば虺尚�，且表面出現(xiàn)波紋度，壁厚分布不均，制件成本提高。

二、單工序拉深錐殼的特點(diǎn)

為了揭示單工序拉深錐殼的特點(diǎn)，評(píng)定其極限變形，利用了薄殼成形的有限元計(jì)算系統(tǒng)。

假設(shè)錐殼的成形是用球形(圖1a)或平環(huán)形(圖1b)工作表面的凸模進(jìn)行，則未與凸模接觸的錐殼部分母線HM，在整個(gè)過(guò)程間不是直線，而沿母線HM的曲率變化呈圖2所示形狀。這部分錐殼的變形特征大都決定著過(guò)程的極限可能性和被獲得制件的質(zhì)量。

圖1

沿母線OK的變形(見(jiàn)圖1)呈不均勻分布，并且在過(guò)程進(jìn)行中這不均勻性將逐漸增大。沿厚度的應(yīng)變?chǔ)舎愈來(lái)愈局限于錐殼與凸模的接觸區(qū)，并且其最大值點(diǎn)從O點(diǎn)向H點(diǎn)移動(dòng)。在確定的受載(變形)步距時(shí)，局部區(qū)內(nèi)的應(yīng)變?chǔ)舎→∞，而這時(shí)在局部區(qū)外εh→0。在這受載步距上的錐殼形狀為極限形狀。

作為拉深系數(shù)K取毛坯直徑D坯與凹模直徑d凹之比值。其極限值K極＝(D坯／d凹)極將符合局部應(yīng)變區(qū)的εh→∞。

在拉深錐殼的真實(shí)條件下，凸模工作表面不同于計(jì)算中采用的表面。它有與HK點(diǎn)內(nèi)的球形段或環(huán)形段連接的圓錐段(圖2)。用這種凸模成形錐殼的過(guò)程不同于在終了階段計(jì)算圖中采用的凸模。這時(shí)，H點(diǎn)向O點(diǎn)方向移動(dòng)，并占據(jù)HK點(diǎn)位置。HK點(diǎn)是圓弧半徑R凸+S／2與直線HKMK的連接點(diǎn)。按兩個(gè)階段圖計(jì)算，顯然難度更大。試驗(yàn)這種計(jì)算方案表明，獲得的錐殼極限深度將大5%～10%。

圖2

保證凸緣制動(dòng)的壓邊力，應(yīng)足以克服在錐殼接觸區(qū)外形成波紋，并且不允許在成形終了時(shí)凸緣在壓邊圈下完全拉深。凸緣在壓邊圈下最佳制動(dòng)的這些要求必須遵守，就是為了獲得高質(zhì)量的制件邊緣。但是，目前在參考文獻(xiàn)中尚無(wú)拉深錐殼時(shí)選擇壓邊力的推薦。為了完成上述要求，在計(jì)算中這樣變化壓邊力，即在整個(gè)接觸區(qū)外的圓周應(yīng)力取正號(hào)。這樣，不考慮錐殼的穩(wěn)定性隨其相對(duì)厚度的增大而增加。然而，在被采用的相對(duì)厚度范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的離散不大。

計(jì)算表明，在拉深錐殼時(shí)凸緣在壓邊圈下必須有較大的制動(dòng)力。這樣，錐殼的表面積應(yīng)較顯著的增大。這在確定毛坯尺寸時(shí)應(yīng)于考慮。

三、計(jì)算數(shù)據(jù)推薦

為將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作對(duì)比，在計(jì)算時(shí)采用的某些原始參數(shù)與實(shí)驗(yàn)時(shí)的相同。

毛坯材料為08F鋼，板厚0.73mm。硬化曲線是按試樣在單軸拉伸時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，用下式近似計(jì)算的(試樣是從實(shí)驗(yàn)用板料上切下的)：

σ＝534(0.0102+ε^0.237)

按與軋制軸線成0°、45°和90°切下的試樣，其各向異性系數(shù)的平均值為：

R＝(R0+2R45+R90)／4＝1.25

摩擦系數(shù)值μ：在錐殼與凸模接觸區(qū)μ＝0.21，在壓邊圈下μ＝0.16。

表1和表2分別為用球形凸模和平環(huán)形凸模拉深時(shí)d凹／d凸、R凹／S0和R凸／S0(S0—毛坯厚度)對(duì)極限拉深程度K極的關(guān)系數(shù)據(jù)。

表1球形凸模拉深時(shí)，K極與R凹／S0和d凹／d凸的關(guān)系

表2環(huán)形凸模拉深時(shí)，K極與R凸／S0和d凹／d凸的關(guān)系

圖3為錐殼表面積的增量ΔF(對(duì)原始毛坯面積的%)與d凹／d凸、R凹／S0和R凸／S0的關(guān)系曲線圖(K＝K極)，1，2，3，4，5——R凹／S0＝R凸／S0＝4.11，6.85，9.59，12.33，15.07，圖3a和圖3b分別為用球形凸模和錐形凸模拉深時(shí)。

圖3

圖4為極限相對(duì)深度h/d凹與d凹／d凸、R凹／S0和R凸／S0的關(guān)系曲線圖(K＝K極)，圖4a和圖4b分別為用球形凸模和平環(huán)形凸模拉深時(shí)，1，2，3，4，5同圖3。

圖4

四、結(jié)論

(1)借助有限元分析單工序拉深時(shí)的錐殼成形，確定了過(guò)程的工藝性和保證制件所需質(zhì)量指標(biāo)的要求。

(2)拉深系數(shù)必須取毛坯直徑與凹模直徑之比值。其極限值與錐殼的幾何參數(shù)關(guān)系甚大。

參考文獻(xiàn)
［1］ A.Д．МАТВЕЕВ等.Особенности формообразования при вытяжке Коницеских оболочек.К.Ш.П．，1997(10)：16～18
［2］杜東福，荀文熙編.冷沖壓模具設(shè)計(jì).長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1985鍛壓技術(shù)1999年第2期 (end)

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