一种调节拉深坯料体积的拉深方法
阅读：330发布：2020-05-14
专利汇可以提供一种调节拉深坯料体积的拉深方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种调节 拉深 坯料体积的拉深方法。在拉深件坯料 法兰 外缘上打工艺孔，采用拉深工艺成型后，然后 切除 拉深件含有工艺孔的工艺辅助边。本发明在不改变压 力 机结构和模具设计参数(包括变压边力压力机和变压边力模具)等拉深条件下，仅对拉深件的坯料进行一定的工艺修整，在拉深时减小凸缘单元体切向压 应力 从而抑制凸缘起皱，减小单元体径向拉应力抑制拉深壁部破裂，提高了板料拉深时抗破裂的能力，获得坯料最大的极限拉深高度并且不发生破裂和起皱。，下面是一种调节拉深坯料体积的拉深方法专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及金属板料成型，尤其是涉及一种调节拉深坯料体积的拉深方法。
背景技术
避免或有效抑制板材成形中起皱和破裂，提高板材成形极限能力的新技术 研发，是当前国内外板料冲压领域中的热点课题。目前这项研究正沿两个方向 展开：①控制和优化压边力曲线，②多点位控制压边技术。前者由于试验毛坯 情况、模具尺寸、以及加载历史或变形路径等复杂因素差异的影响，诸多学者 经试验各自得到的结论各不相同，究竟何种压边力曲线为最优尚无定论；后者 是在价格非常昂贵的变压边力压力机上进行，但是控制效果极其有限，甚至还 很不成熟，更为困难的是，由于变压边力压力机的控制油缸是布置在工作台下 的，拉深时，压边力是由控制油缸通过压边传力杆传递到压边圈上的，而传力 杆是通过预先在工作台上打出有限的孔的数量来安置的，这种压边形式难以根 据拉深件不同法兰形状而任意布置，因而难以在生产中得到普及。为此，一些 学者提出了一种能提高板料成形性能的技术，这项技术与常规的在拉深凹模上 平面在拉深直边处安装加强肋的工艺方法相反，拉深凹模上平面上在拉深直边 处安装加强肋是为了增加拉深阻力较小的直边坯料的阻力，使其尽量与拉深阻 力较大的圆角区的拉深阻力趋于一致，而这一技术是在与板料接触的凹模的上 平面上流动阻力较大的过渡区域上如圆角区，按照一定的规律打出许多小而浅 的盲孔并在孔中储存少量润滑油，使其尽量与拉深阻力较小的直边处区的拉深 阻力趋于一致。实验证明，这项技术能够减小拉深时的流动阻力极大的过渡区 域上的流动阻力，对提高板料的成形极限能力是有效的。但这种在凹模的上平 面上流动阻力极大的过渡区域上打孔在加工上比较费时，尤其是针对复杂薄板 零件，在材料流动困难的域上打孔的密度及大小存在着不确定性，与安装加强 肋相同，要不断地试模确定打孔的密度及大小是否合适，存在着二次或多次修 改加工的可能性。因此，无论是多点位控制压边还是凹模的上平面上流动阻力 极大的过渡区域上打孔或者是凹模安装加强肋等方法都不是最理想的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调节拉深坯料体积的拉深方法，在不改变原有 模具设计参数以及压力机结构，解决板料深拉深或者在拉深中抑止起皱和破裂， 能极大地提高极限拉深高度而不发生起皱和破裂。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
在拉深件坯料法兰外缘上打工艺孔，采用拉深工艺成型后，然后切除拉深 件含有工艺孔的工艺辅助边。
所述的工艺孔为圆孔、椭圆孔或多边形孔。
所述的工艺孔为等分或不等分分布。
本发明具有的有益效果是：
在不改变压力机结构和模具设计参数(包括变压边力压力机和变压边力模 具)等拉深条件下，仅对拉深件的坯料进行一定的工艺修整，在拉深时减小凸 缘单元体切向压应力从而抑制凸缘起皱，减小单元体径向拉应力抑制拉深壁部 破裂，提高了板料拉深时抗破裂的能力，获得坯料最大的极限拉深高度并且不 发生破裂和起皱。采用这种工艺方法，解决了变压边力压力机进行拉深工作成 本高昂，同时也解决了变压边力模具结构过于复杂而难以在生产中得到普及的 问题。
附图说明
图1是打孔坯料图。
图2是打孔坯料的拉深件图。
图3是不打孔坯料图。
图4是不打孔坯料的拉深件图。
图5是打孔坯料的拉深件拉深后FLD图。
图6是不打孔坯料的拉深件拉深后FLD图。
图7是拉深模具工作前状态图。
图8是拉深模具工作完成状态图。
图中：1.下模，2.上模，3.凸模，4.压边圈，5.坯料，5’.拉深件，6.凹 模，7.导套8.，导柱，9.托钉，10.顶杆。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
在拉深件坯料法兰外缘上打工艺孔，采用拉深工艺成型后，然后切除拉深 件含有工艺孔的工艺辅助边。
所述的工艺孔为圆孔、椭圆孔或多边形孔。
所述的工艺孔为等分或不等分分布。
本发明具有的有益效果是：
在不改变压力机结构和模具设计参数(包括变压边力压力机和变压边力模 具)等拉深条件下，仅对拉深件的坯料进行一定的工艺修整，在拉深时减小凸 缘单元体切向压应力从而抑制凸缘起皱，减小单元体径向拉应力抑制拉深壁部 破裂，提高了板料拉深时抗破裂的能力，获得坯料最大的极限拉深高度并且不 发生破裂和起皱。采用这种工艺方法，解决了变压边力压力机进行拉深工作成 本高昂，同时也解决了变压边力模具结构过于复杂而难以在生产中得到普及的 问题。
附图说明
图1是打孔坯料图。
图2是打孔坯料的拉深件图。
图3是不打孔坯料图。
图4是不打孔坯料的拉深件图。
图5是打孔坯料的拉深件拉深后FLD图。
图6是不打孔坯料的拉深件拉深后FLD图。
图7是拉深模具工作前状态图。
图8是拉深模具工作完成状态图。
图中：1.下模，2.上模，3.凸模，4.压边圈，5.坯料，5’.拉深件，6.凹 模，7.导套8.，导柱，9.托钉，10.顶杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例：盒形件拉深(计算机模拟)
(1)盒形件参数：盒形件长、宽、高分别是260mm和160mm及70mm， 四个圆角R20mm，直边沿周r6mm，材料厚度t＝1mm；
(2)材料参数：
材料08Al，特征见表1，其等效应变曲线用指数形式表示为：
表1 08Al材料特性
弹性 模量 E 泊松 比 v 屈服 极限 σs 系数 K 硬化 指数 n 厚向 异性 系数 r 206. 8 GPa 0.3 110. 3 MPa 537 MPa 0.21 1.8
(3)拉深前坯料：图1是法兰外缘上打孔(φ6mm)的矩形盒拉深前坯料 (展开按作图法的方法)图3是常规矩形盒拉一深前坯料；
(4)有限元模型除拉深前坯料打孔与不打孔有区别外，有限元模型模型参 数是相同的，图7是拉深前模具状态，图8是拉深完成后的模具状态，凸模3 和凹模6间隙1.1mm；
(4)模拟软件：采用ANSYS分析软件的ANSYS/LS-DYNA模块建模和求 解并在lsprepost下完成处理分析。有限元模型选用SHELL163和 BWC(Belytschko-Wong-Chiang)算法单元及面面接触中的FORMING ONE WAY SURFACE TOSURFACE的接触类型；
(5)其他参数：工件与模具之间的摩擦系数μ＝0.1，凸模的下降速度的定 义v＝20m/s，拉深深度H＝14mm；图2打孔坯料的拉深件，图4是不打孔坯料 的拉深件
模拟结果一：初始压边力80KN(按照Q＝Fq公式计算，Q表示压边力(N)，F 表示压边接触面积(mm2)，q表示单位压边力(Mpa))；
表2拉深后危险断面处厚度和厚度减薄率对比
拉深前坯料类型 危险断面处的厚 度(mm) 危险断面处的厚 度减薄率(％) 拉深前打孔坯料 8.074e-04 1.926e+01 拉深前不打孔坯 料 7.666e-04 2.334e+01
从表2得知，二种情况比较，打孔坯料拉深后危险断面处的厚度大于不打孔 坯料，危险断面处的厚度减薄率则刚好相反。拉深后FLD图对比见图5与图6。 图5是打孔坯料拉深后FLD图，坯料法兰外缘上打孔后拉深件所有应变点都落 在安全区内，是合格产品，图6是不打孔坯料拉深后FLD图，常规坯料拉深后， 一定数量的特征点应变进入了临界区内，此时拉深时废品率出现有极高的概率。 图2与图4比较，同样拉深条件下，打孔坯料拉深后(图2)深度深，并不发生 破裂或起皱。图4是不打孔坯料拉深后，深度浅。如果拉深同样较深深度，打孔 坯料拉深后不发生破裂或起皱，而不打孔坯料拉深后发生破裂或起皱。
模拟结果二：初始压边力25KN，表3是拉深后危险断面处厚度和厚 度减薄率对比，
表3拉深后危险断面处厚度和厚度减薄率对比
拉深前坯料类型 危险断面处的厚 度(mm) 危险断面处的厚 度减薄率(％) 起皱和破裂情况 拉深前打孔坯料 8.533e-04 1.470e+01 不起皱不破裂 拉深前不打孔坯 料 直边处和圆角处 均发生起皱
从表3得知，打孔坯料拉深后危险断面处的厚度随压边力减小有所增 大，危险断面处的厚度减薄率随压边力减小有所减小，而不发生起皱和破 裂，是更安全更理想的合格产品。而拉深前不打孔坯料随压边力减小而发 生起皱，是完全不合格的产品。
实际模具拉深过程：
图7是拉深模具工作前状态图，拉深前将坯料5放在凸模3(与下模1 固定)与压边圈4的上平面上(凸模与压边圈的上平面是平齐的)，上模2 带动凹模6下行进行拉深压制，同时导套7套进入导柱8，拉深完成后(图 8)，得到拉深件5’。当上模2带动凹模6上行时，顶杆10顶起由托钉9 限位的压边圈4从而顶起拉深件5’的法兰边，从而可将拉深件5’取出。接 着进行下一轮拉深工作。
本发明是在合理的压边力范围内调节拉深坯料体积从而调节拉深过程中材 料的应力状态以抑制拉深过程中的起皱和破裂，提高板料的成形极限能力。在 拉深过程中，拉深瞬时所需要的材料体积是一定的，而后续输入的坯料的体积 都往往与所需要的材料体积并不一致。后续材料在切向径向变形时或会产生堆 积或缺失的现象而引起应力状态的变化，从而引起破裂或起皱。该技术的基本 特点是调节坯料按体积在后继坯料上按不同的产品形状和不同的材料及在特定 部位调节坯料的体积占有量，以适应输入材料与需要材料的一致性，从而形成 合格产品。
实施例：盒形件拉深(计算机模拟)
(1)盒形件参数：盒形件长、宽、高分别是260mm和160mm及70mm， 四个圆角R20mm，直边沿周r6mm，材料厚度t＝1mm；
(2)材料参数：
材料08Al，特征见表1，其等效应变曲线用指数形式表示为：
表1 08Al材料特性
弹性 模量 E 泊松 比 v 屈服 极限 σs 系数 K 硬化 指数 n 厚向 异性 系数 r 206. 8 GPa 0.3 110. 3 MPa 537 MPa 0.21 1.8
(3)拉深前坯料：图1是法兰外缘上打孔(φ6mm)的矩形盒拉深前坯料 (展开按作图法的方法)图3是常规矩形盒拉一深前坯料；
(4)有限元模型除拉深前坯料打孔与不打孔有区别外，有限元模型模型参 数是相同的，图7是拉深前模具状态，图8是拉深完成后的模具状态，凸模3 和凹模6间隙1.1mm；
(4)模拟软件：采用ANSYS分析软件的ANSYS/LS-DYNA模块建模和求 解并在lsprepost下完成处理分析。有限元模型选用SHELL163和 BWC(Belytschko-Wong-Chiang)算法单元及面面接触中的FORMING ONE WAY SURFACE TOSURFACE的接触类型；
(5)其他参数：工件与模具之间的摩擦系数μ＝0.1，凸模的下降速度的定 义v＝20m/s，拉深深度H＝14mm；图2打孔坯料的拉深件，图4是不打孔坯料 的拉深件
模拟结果一：初始压边力80KN(按照Q＝Fq公式计算，Q表示压边力(N)，F 表示压边接触面积(mm2)，q表示单位压边力(Mpa))；
表2拉深后危险断面处厚度和厚度减薄率对比
拉深前坯料类型 危险断面处的厚 度(mm) 危险断面处的厚 度减薄率(％) 拉深前打孔坯料 8.074e-04 1.926e+01 拉深前不打孔坯 料 7.666e-04 2.334e+01
从表2得知，二种情况比较，打孔坯料拉深后危险断面处的厚度大于不打孔 坯料，危险断面处的厚度减薄率则刚好相反。拉深后FLD图对比见图5与图6。 图5是打孔坯料拉深后FLD图，坯料法兰外缘上打孔后拉深件所有应变点都落 在安全区内，是合格产品，图6是不打孔坯料拉深后FLD图，常规坯料拉深后， 一定数量的特征点应变进入了临界区内，此时拉深时废品率出现有极高的概率。 图2与图4比较，同样拉深条件下，打孔坯料拉深后(图2)深度深，并不发生 破裂或起皱。图4是不打孔坯料拉深后，深度浅。如果拉深同样较深深度，打孔 坯料拉深后不发生破裂或起皱，而不打孔坯料拉深后发生破裂或起皱。
模拟结果二：初始压边力25KN，表3是拉深后危险断面处厚度和厚 度减薄率对比，
表3拉深后危险断面处厚度和厚度减薄率对比
拉深前坯料类型 危险断面处的厚 度(mm) 危险断面处的厚 度减薄率(％) 起皱和破裂情况 拉深前打孔坯料 8.533e-04 1.470e+01 不起皱不破裂 拉深前不打孔坯 料 直边处和圆角处 均发生起皱
从表3得知，打孔坯料拉深后危险断面处的厚度随压边力减小有所增 大，危险断面处的厚度减薄率随压边力减小有所减小，而不发生起皱和破 裂，是更安全更理想的合格产品。而拉深前不打孔坯料随压边力减小而发 生起皱，是完全不合格的产品。
实际模具拉深过程：
图7是拉深模具工作前状态图，拉深前将坯料5放在凸模3(与下模1 固定)与压边圈4的上平面上(凸模与压边圈的上平面是平齐的)，上模2 带动凹模6下行进行拉深压制，同时导套7套进入导柱8，拉深完成后(图 8)，得到拉深件5’。当上模2带动凹模6上行时，顶杆10顶起由托钉9 限位的压边圈4从而顶起拉深件5’的法兰边，从而可将拉深件5’取出。接 着进行下一轮拉深工作。
本发明是在合理的压边力范围内调节拉深坯料体积从而调节拉深过程中材 料的应力状态以抑制拉深过程中的起皱和破裂，提高板料的成形极限能力。在 拉深过程中，拉深瞬时所需要的材料体积是一定的，而后续输入的坯料的体积 都往往与所需要的材料体积并不一致。后续材料在切向径向变形时或会产生堆 积或缺失的现象而引起应力状态的变化，从而引起破裂或起皱。该技术的基本 特点是调节坯料按体积在后继坯料上按不同的产品形状和不同的材料及在特定 部位调节坯料的体积占有量，以适应输入材料与需要材料的一致性，从而形成 合格产品。
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