板料成形过程中拉延筋抗力的实验测试

1、第36卷第4期2002年4月上海交通大学学报JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYApr.2002文章编号:100622467(2002)0420456203板料成形过程中拉延筋抗力的实验测试杨建华,潘伟,何丹农,彭颖红(上海交通大学塑性成型工程系,上海200030)摘要:针对理论计算拉延筋抗力的复杂性,借助一套拉深实验测试系统,以盒形件拉深过程为研究对象,提出了一种通过实验方法简便测试拉延筋抗力的方法,即通过测定有、无拉延筋前后的总拉深力可以简便地计算出拉延筋抗力的大小.将实验结果与数值模拟结果进行了对比计算,表明试验方法得到的结果与数值模拟的结果相吻合,说明

2、了实验方法的正确性.关键词:板料成形;拉延筋抗力;数值模拟中图分类号:TG3.1文献标识码:AExpeDraw2BeadRestrainingrceinSheetMetalFormingYANGJian2hua,PANWei,HEDan2nong,PENGYing2hong(Dept.ofPlasticityFormingEng.,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)Abstract:Duetocomplexitiesofdraw2beadrestrainingforcecalculatedaccordingtotheory,depending

3、onKeywords:sheetmetalforming;draw2beadrestrainingforce;numericalsimulation在板料成形过程中,抗延筋抗力是控制板料流动最主要的手段.为此,不少学者希望利用塑性成形理论对板料的弯曲变形进行理论分析建立起合理的数学模型,直接计算拉延筋抗力.Weidemann1对拉延筋的压边行为进行了分析,导出了一个简单的拉延筋抗力计算公式.Stoughton2采用能量平衡原理提出了一个相对完善的拉延筋抗力计算公式,考虑的影响因素也更全面.然而,要通过数学公式得到准确的拉延筋抗力是不现实的.因为影响拉延筋抗力的因素很多,虽然Stoughton推

4、导的公式中考虑了许多影响因素,然而也应该看到,为了考虑这些影响收稿日期:2001211219基金项目:上海市科学技术发展基金资助项目(015211009)作者简介:杨建华(1972-),男,河北省保定市人,博士生,主要从事各种CAD技术、板料的数值模拟与物理模拟的研究.因素,也引入了不少的假设,影响了推导的准确性.另一方面,理论分析为了简化推导通常仅局限于半圆形拉延筋.随着板料成形复杂程度的增加,想要针对每一种可能的拉延筋情况都推出相适应的理论模型太困难,并且理论分析在精度上也存在很大的局限性,在实际使用中缺乏可靠性.本文针对理论推导拉延筋抗力的复杂性,借助本研究室开发的一套拉深实验测试系统,

5、以盒形件拉深过程为研究对象,提出了一种通过实验方法简便测试拉延筋抗力的方法,并将实验结果与数值模拟的结果进行了对比计算.1拉延筋抗力的试验测试本实验主要通过盒形件拉深成形模拟大型覆盖件的拉延筋成形性质.为了实验测定拉延筋抗力,本文提出一种简便测定拉延筋抗力的方法.首先测出第4期杨建华,等:板料成形过程中拉延筋抗力的实验测试457没有拉延筋的总拉深力Fd,再测出加了拉延筋的总拉深力Fb,此时拉延筋的作用力Fs就可以表示为Fs=Fb-Fd由于试验模具采用对称的结构,拉延筋作用力是由两条相同的拉延筋产生的,即一条拉延筋的抗力可以表示为F测量拉深过程中的总拉深力,探针传感器连接到应变仪上,安装在计算机

6、上的数据采集卡通过应变仪就可以将总拉深力及探针的受力读入计算机,经软件处理后,将测试结果打印出来,实验设备采用.主要模HHP982120型80t双动薄板拉深液压机具参数如表1所示.为了研究类似的盒形件拉延筋模型的性质,本文设计了一套试验模具,如图1、2所示.根据压机的特点,本试验模具采用倒装结构.本试验装置的关键在于在拉延筋的部位设计了一对镶块式结构,分别是压边圈上的拉延筋凸起镶块和对应在凹模上的拉延筋凹槽镶块.每对镶块都可以设计成所需要的拉延筋尺寸和对应的凹槽,同时有一对镶块是完全平整的,可以用此平整的镶块作对比试验,延筋的作用力.图3实验测试系统的组成Fig.3Layoutofexperi

7、menttestingsystem表1模具主要参数.1Parametersofdie&mouldTab模具凸模凹模圆角半径 mm2020长边 mm140142.54宽边 mm108110.54图1成形凸模及上模座Fig.1Drawingpunch实验选用两组拉延筋A和B,拉延筋转角均为图2成形凹模及下模座Fig.2Drawingdie测试的拉延筋抗力的大小如表2、3所示.凸凹模型腔采用矩形结构,这样设计的好处是2拉延筋抗力的实验与模拟结果比较为了验证实体拉延筋模型的可靠性,建立试验的实体拉延筋模型后在Dynaform有限元分析软件上进行计算,得到如表4的结果.由表4可以看出,有限元计算

8、的拉延筋抗力和实测的拉延筋抗力大小的偏差基本上可以控制在5%左右.同时也发现实测值均比模拟值大,这是因为数值模拟的结果是取某一截面上的力来近似拉延筋抗力,实验测得的是本实验室研制的板料拉深成形性能实验系统的组成如图3所示.该系统由数据采集系统、数据分析系统组成,主要部件包括探针、传感器、A D转换器及微机等.实验原理是:在凸模上方安装压力传感器458上海交通大学学报第36卷表2拉延筋A实验测试结果.2TestresultsofexperiTabmentofdrawbeadA板料宽度 mm次数FbkN3结语本文提出通过测定有无拉延筋前后的总拉深力来计算拉延筋抗力的方法是一种实验测试拉延筋抗力的简

9、便方法,并经过拉深测试系统进行了验证.通过将实验结果与数值模拟的结果进行对比,看出实验测出的拉延筋抗力和有限元方法计算出的拉延筋抗力大小的偏差基本上可以控制在5%左右,故本文提出的这种简便测试拉延筋抗力的方法是合理的.由于此方法没有考虑影响拉延筋抗力的影响因素,所以相对于真实解存在偏差.但可以将此方法和,先用此方法进行拉延,:40FdFb70Fd12345FaveFs4.29.8表3拉延筋B实验测试结果.3TestresultsofexperiTabmentofdrawbeadB板料宽度 mm次数FbkN40Fd70FdFd1WeidemannC.Theblankholderactionofd

10、rawbeadforcesinsheetmetalformingA.Processof10thBiennialIDDRGCongressC.England:TheInter2nationalDeepDrawingResearchGroup,1978.79-84.2StoughtonTB.ModelofdrawbeadforcesinsheetmetalformingA.Processof15thBiennialIDDRGCongressC.Italy:TheInternationalDeepDraw2ingResearchGroup,1988.205-214.12345FaveFs拉延筋存在而

11、带来的拉深力的影响.实验方法测得的力有可能包含着成形过程中发生的细微变化而产生的力的增大,例如加了拉延筋之后,由于接触面积增大引起的压边力总体增大所带来的影响等等.表4有限元理论值与测试值的比较.4ContrastofthetheoreticalvalueandtestvalueTab板料宽度 mm拉延测试值kN筋A理论值 kN相对偏差 %3KeumYT,KimJH,GhooBY.ExpertdrawbeadmodelsforfiniteelementanalysisofsheetmetalformingprocessesJ.InternationalJournalofSolidsandStructures,2001,38(8):5335-5353.4LanzonJM,CardewMJ,Hodgson.CharacterisingfrictionalbehaviourinsheetmetalformingJ.Jour-nalofMaterialsProcessingTechnology,1998,(89):252-256.5王烨,沈启,王玉国,等.结合等效拉延筋的毛坯设计方法的研究J.汽车工艺与材料,2000,(8):15-17.WARGYe,SHENQi2yu,WANGYu2guo,etal.Rese