引 言 板材冲压成形中常会遇到两种阻碍或缺陷:冲压件的破裂和起皱。大多数板材的冲压成形是在非均匀 拉伸变形状态下进行的,非均匀拉伸变形产生的诱导压应力是板材起皱的主要原因。八十年代,日 本人吉田清太(Yoshida)提出了研究这种起皱现象的模拟试验方法,即方板对角拉伸试验,亦称吉田起皱试验(YoshidaBuckLingTest—YBT)。这是一种针对大尺寸覆盖件在实际冲压成形中的起皱和消皱现象而提出的模拟 试验.主要用于研究板材在加载成形过程中因非均匀拉伸变形引起的皱曲、卸载回弹引起的形态误 差及各种消皱措施与板材性能和加载方式之间的关系,期望寻找减少板材起皱的理论依据和工艺措 施,并评估板材的抗皱性。YBT试验方法如图1所示,在多用途三轴加载试验机上作单轴向拉伸试验(《一OWmm’)和三种双轴向拉伸试验(C一2.SN/mm‘或《一12.SN/mm‘或c一22.SN/mm:),利用皱形轮廓测量装置 ,研究不同性能的板材(08AL、SPCEN、A3、LY12M、LY12CZ等)的起皱过 程。在试验中测量两个基本参数,即标距140mm上的临界延伸率入和柠/内一l.35变形条件下跨度50mm的中心皱高H。。,作为评估板材抗皱性的指标。2YBT试件起皱过程和皱形特点 单拉和双拉试验中发现:不同材料的YBT试件中心点的皱高随纵向载荷变化的曲线具有一定的共性 ,存在明显的特征点(图2)。过失稳临界点后,试件由面内变形阶段进入后屈曲变形阶段,皱高 的增加为变形的主要表现形式。横向加载影响起皱曲线,随横向载荷的增加,临界纵向载荷增加,而对应于相同纵向载荷下的皱高减小,说明横向加载抑制皱的发生和发展。八二一尺纵向 ＊——横向丫 叫 。-％。-3。一 L半X 100呢图IYBT起皱试验 皱形轮廓测量装置可以测量YBT试件起皱后的截面轮廓形状(即皱形),图3反映了YBT试件在 加载拉伸全过程中皱形变化规律。经面内变形阶段进入后屈曲变形阶段,试件开始是大面积缓慢凸 起(或下凹),随纵向载荷的增加,中心点皱高增加,皱形由外向内逐渐收拢,起皱区域基本集中在试件中心的椭圆区域,具有对称性。试验和测量发现:试件的皱形明显受板材4＊。。’＊＊D aT。 卜。——。 叵J 问口.、;一q .dt7—二Meqded:﹂八(入图2 SPCEN在不同横向加载条件下起皱曲线一图3 ＊＊＊＊N单拉时(c一0)面外变形的发展 图4 横向加载对皱形的影响 a——(”一 0 b——ax”。2.5 C——o三一二2.sd——(T一22.5性能的影响,铝板的皱形比钢板平缓;横向加载抑制皱的发展,使皱高减小,皱形变得平缓。(图3 板材的抗皱性 板材的抗皱性是指板材抵抗皱曲发生和发展的能力,可以用临界延伸率A.r和皱高H。。来衡量。如果某种板材的Acr大,而H。。小,则这种板材的抗皱性就好。3.l 材料机械性能对抗皱性的影响 无论是钢板还是铝板,随弹性模量E的增加,Ac,增加,Hs。降低,表明弹性模量E值高的板料 ,其板材的抗皱性好(图5);屈服强度。s强烈影响皱高的发展,屈服强度高的材料,其延伸率 (降低,皱高H。增加(图6),这是高强度钢板冲压件形状精度差的一个重要原因。随屈服强度的提高,板材的抗皱性降低。——、二 dds/ //。:P”hw/}n----w＊＊-＊---x＊r\且;;;＊/＊ 丛二直二n 二＊11——\一_。_()6183口 厂04N/mm图5 弹性模量E对抗皱性的影响3.2 板厚和轧制方向对抗皱性的影响 随板厚的增加,失稳临界应力一二增加,临界延伸率Acr增加,皱高H。。减小,因此增加板厚, 可提高板材的抗皱能力。进行冲压件结构设计时,应根据材料和结构尺寸,选择合适的板材厚度。当必须采用较薄板材时,应根据起皱特性,采取防皱和消皱的工艺措施。板材在45”方向(与轧制方向成45”角)拉伸失稳临界应力一二最小,皱常在此方向先发生;而 0”时Acr最大,H。。最小,表明纵向载荷P。方向与板材轧制方向的夹角为0”时,板材的 抗皱性优越于其他两方向。因此板材冲压成形时,应考虑成形力的施加方向,尽量减少冲压件的面缺陷。3.3横向加载对板材抗皱性的影响 I\r ～～w--～--3We eatrt～ar Iw～～--—— ??二 色.回 ???——.)100 200 3004(NE 〔)1川)2m)SO()o。(N/rum:) 图6 屈服应力。。对抗皱性的影响横向加载抑制皱的发生和发展。随横向载入r(％、o0——00 口＃一0 0.互 0.2 0.3 0.4HS。仙mb SPCEN、D0＊﹂﹂﹂ ︶一 dMpe图7 横向加载对抗皱性的影响荷Pz的增加.入增加,皱高H。。减小(图7)。其原因在于横向载荷P x改善了板面内非均匀拉伸诱导压应力的分布,诱导压应力的分布范围和数值大小随尺的增加而减 小,板材的失稳起皱随横向载荷P。的增加变得愈来愈困难,只有增加纵向载荷几,才能使板面内 压应力的分布范围和数值增加,达到失稳起皱所要求的临界压应力。因此,随横向载荷P。的增加 ,板面内变形阶段延长,Acr增加,在相同的纵向载荷P。下,皱高随横向载荷P。的增加而减小,如图2所示。冲压工艺设计时,在容易起皱的部位设置拉延筋或加大压料力,能降低诱导压应力成份.防止和抑制成形时皱的发生和发展.提高冲压件的成形质量。 _。__._E_.t_…。。…。3.4 复合参数Q一子对板材抗皱性的影响 单独用某一机械性能不能判断板材抗皱性的优劣,而且板材实际成形时,它们之间不是互相独立,而 是互相影响,共同决定板材的冲压成形性能。在试验数据的统计分析基础上,建议选__^_。,_E,,、,、_。_。、。_。。。用复合参数C,一兰作为评估板材抗皱性优劣的复合指数。复合参数C。一王能比较合理反映板材的抗皱性(图8),随Q的增加,(增加.H。。减小。厂值 高的材料,其抗皱性好。因此冲压生产选材时,为减少冲压件的面缺陷,建议尽量选用G值高的板材。4结 论 (l)常用板材的 YBT起皱过程曲线具有共性,存在明显的特征点;板材起皱后的皱形具有规律性,主要集中在试件中央的椭圆形区域。 (2)板材的机械性能对板材的抗皱性有较大的影响、冲压生产选材时,宜选用C一了值较高的材料,有助于提高板材的抗皱性和贴模性。 (3)横向加载抑制皱的发生和发展。冲压工艺设计时,在模具的适当部位设置局部拉延筋或加大压 料力,增大毛坯上易起皱部位的横向张力,减少诱导应力成份,抑制和防止冲压件成形小起皱,提高冲压件的成形质量。1 X‘探吕‘”‘”‘丫”-‘＊。。。frs 8 12 16 Cj=E/4(X！·11。(＊He一5、64一1·2＊X()～——nW7一0—— 回——( 4 81216t”f—E/6——/102)dss复合参数(),对抗皱性的影响 (尺,为相关系数) 00+——YBT试验与板材抗皱性@范淼海$湖南大学
@周贤宾$北京航空航天大学冲压成形;;起皱;;抗皱性方板对角拉伸试验(统称为YBT—Yoshida Buckling Test)是研究复杂钣金件成形中非均匀拉伸起皱的一种模拟试验。此文测量和分析了起皱过程,在试验的基础上探讨了板材性能、板厚和材料方向性、加载条件等因素对板材抗皱性的影响。1M. Matsui,N.Iwata.Initiation and growth of buckling in the diagonal tensile test on steel sheet, J. of Mech. Work. Tech. ,1987;14
2 Y. tomita,A. Shindo, On set and gorwth of Wrinkles in the Square Plate subjected to diagonal tensile, Int. J. Mech. Sci.1988;30(12)
3 范淼海,周贤宾.板材YBT试件诱导压应力的有限元计算.金属成形工艺,1992;3?共同决 定板材的冲压成形性能。在试验数据的统计分析基础上,建议选__^_。,_E,,、,、_。_。、。_。。。用复合参数C,一兰作为评估板材抗皱性优劣的复合指数。复合参数C。一王能比较合理反映板材的抗皱性(图8),随Q的增加,(增加.H。。减小。厂值 高的材料,其抗皱性好。因此冲压生产选材时,为减少冲压件的面缺陷,建议尽量选用G值高的板材。4结 论 (l)常用板材的 YBT起皱过程曲线具有共性,存在明显的特征点;板材起皱后的皱形具有规律性,主要集中在试件中央的椭圆形区域。 (2)板材的机械性能对板材的抗皱性有较大的影响、冲压生产选材时,宜选用C一了值较高的材料,有助于提高板材的抗皱性和贴模性。 (3)横向加载抑制皱的发生和发展。冲压工艺设计时,在模具的适当部位设置局部拉延筋或加大压 料力,增大毛坯上易起皱部位的横向张力,减少诱导应力成份,抑制和防止冲压件成形小起皱,提高冲压件的成形质量。1 X‘探吕‘”‘”‘丫”-‘＊。。。frs 8 12 16 Cj=E/4(X！·11。(＊He一5、64一1·2＊X()～——nW7一0—— 回——( 4 81216t”f—E/6——/102)dss复合参数(),对抗皱性的影响 (尺,为相关系数) 00+——YBT试验与板材抗皱性@范淼海$湖南大学
@周贤宾$北京航空航天大学冲压成形;;起皱;;抗皱性方板对角拉伸试验(统称为YBT—Yoshida Buckling Test)是研究复杂钣金件成形中非均匀拉伸起皱的一种模拟试验。此文测量和分析了起皱过程,在试验的基础上探讨了板材性能、板厚和材料方向性、加载条件等因素对板材抗皱性
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