金属塑性成形原理-第十章-塑性成形过程的物理模拟.ppt

1、第十章 塑性成形过程的物理模拟,主讲 朱光明,第一节 相似理论在塑性成形模拟实验中的应用,对塑性成形过程进行实验研究时，为节省实验费用和缩短实验周期，除个别零件尺寸较小可直接用实物外，通常需选择比例缩小的适当模型进行模拟实验，然后将实验结果推广到实际零件的成形过程。但要使模拟实验结果与实际零件的成形过程相一致或比较接近，就必须遵循几何的和物理方面的相似准则，主要包括以下条件：,1)在模拟实验中，模型与实物应保持几何相似。 2)对于模型与实物，工模具工作部分的形状在几何上应相似，而其对应的尺寸比应等于模拟比例n。 3)在模拟实验中，模型与实物应保持物理方面的相似。 4)对于模型与实物，工模具与变

2、形金属接触表面上的摩擦条件(如摩擦性质、摩擦系数或摩擦因子等)应相同。,第二节 关于塑性变形的模拟材料,选择合适的模拟材料是模拟实验首先应当考虑的问题。模拟研究的内容不同，所选用的模拟材料一般也不同。对于塑性成形过程的物理化学方面的模拟研究，通常应选用同种的实物材料；而对于塑性成形过程的位移、应变和应力分布，以及金属流动规律方面的模拟研究，则一般选用非实物材料的模拟材料。此时，所选用的模拟材料除应满足第一节中所述的塑性模拟准则外，还应尽可能考虑如下要求：模拟实验时所,需载荷小；模拟材料易于得到，成本低；试件和试验工模具加工方便；实验时试件性能稳定；实验数据的测量计算方便可靠；能在室温下模拟高温

3、塑性变形(这一点对于高温塑性成形的模拟研究特别有利）。 目前常用的塑性成形模拟材料，除实物材料外还有以下四类 1)软金属材料 铅、铝、铜、锡等都属于这类材料，其中铅的应用较为广泛。 2)粘土类材料 3)蜡 蜡的种类很多，其中常用的是熔点为54 的石蜡 4)高分子材料,第三节 模拟实验的基本方法,用于研究塑性成形过程中位移、应变以至应力分布的模拟实验方法有多种，如网格法、云纹法、偏振光法、点式传感器法、视塑性法等。其中网格法和云纹法应用较普遍，下面对其作简要介绍。 一、网格法 网格法是在试样的表面或剖分面上刻上坐标网格，变形后测量和分析坐标网格的变化，求得变形体的应变大小和分布。,如果知道应力边

4、界条件，利用数值积分法还可进一步求得应力的大小和分布。由于直接刻画坐标网格其精细程度较难保证，且破坏了试样表面的完整性，所以完善的作法是将试样表面抛光，再涂上感光膜，然后覆上精确的坐标网底片，经感光冲洗后，即可得到精细的坐标网。 二、云纹法 1基本原理 将一块密栅胶片(称为试件栅)粘贴在试件表面上，或直接在试件表面上刻制一组栅线，它将随着试件变形，即栅线的距离(称为节距)和方向发生变化。,在试件栅上再重叠一块不变形的栅片(称为基准栅)，它通常是刻印在玻璃板上。此时，由于光的几何干涉，会产生明暗相间的条纹，称为云纹。云纹的分布与试件的变形情况有着定量的关系，根据云纹图即可算出试件各处的位移和应变

5、分布；再根据本构方程和应力边界条件，又可进一步推算出试件的应力分布。 2云纹法在塑性成形中的应用举例 用云纹法研究塑性成形过程时，可以在模型或试件上进行。,对于材料厚度远比其他尺寸小的平面应力状态问题，可以在模型或试件的自由表面上贴片，直接观察和拍摄加载过程的云纹固，并研究其变形的全过程。而对于平面应变问题或轴对称变形问题，则需用剖分式试件，井将试件栅粘贴在其对称平面、子午面或其他特征剖面上。由于加载过程无法直接观察到，所以只能在卸载后提取副分面的云纹图。考虑到这类问题的塑性变形量要比弹性变形量大得多(后者一般仅占5左右)，所以卸载后进行测试所造成的误差并不大。,第四节 成型极限图（FLD）及

6、其在板料冲压生产或模拟实验中的应用,一、用网格技术制作成形极限图 实际应用的成形极限图通常用刚性半球形凸模胀形试验来制作。试验前，在薄板试件表面上预先印制一定形式的密集网格，网格的基本形式有四种，如图所示。它们的共同特点是采用圆形网格，以便于根据变形后椭圆的长、短轴来确定主应变的大小和方向，小圆的直径依试件的,模拟实验时一般取 或 ， 而生产中常用 。其中，图b和图d为叠合圆形式，它能增加裂纹通过网格中心的机会，对测量裂纹处的应变值有利；图c的邻接圆形式与图a的相比，可减少应变梯度的误差，但线条重叠，测量结果反而不易精确；对于测量不包含细颈(局部变薄)的椭圆的应变，采用图a所示的形式最方便，且可根据变形后方格线条的形状，判断材料的流动方向。印制网格的方法有晒相法、电化学浸蚀法和混合法等。,不同材质的板料，所得的成形极限图亦不一样。试验表明，一般的塑性材料(如软钢铜、铝等)，其简单加载时的典型成形极限图如图所示。,二、成形极限图在板料成形中的应用 成形极限图能全面、直观地反映不同应变状态下板料的成形性能，因而可用以判断复