压边力对曲面零件防皱机理的研究李春峰，杨玉英（
哈尔滨工业大学）李硕本（燕山大学）摘要本文 在实验研究的基础上，分析了曲面零件成形过程中金属贴模点位置与起皱（内皱）的关系，并对压 边力的防皱机理进行了探讨。关键词板金属成形，
曲面零件，
压边力，起皱Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂ ａｓｅｄｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｒ ｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏ－ｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔａｃｔｐｏｉｎ ｔｓｏｆｂｌａｒｉｄｃｌｏｓｉｎｇｔｏｐｕｎｃｈａｎｄｔｈｅｂｕｃｋｌｅａｎｄａｐｐｒ ｏａｃｈｅｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｎｔｉｂｕｃｋｌｅｗｉｔｈｂｌａｎｋｈｏｌｄｅｒｆ ｏｒｃｅｄｕｒｉｎｇｃｕｒｖｅｄｐａｒｔｓｆｏｒｍｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌｆｏｒｍｉｎｇ，Ｃｕｒｖｅｄｐａｒｔｓ，Ｂｌａｎｋｈｏｌｄｅｒｆｏｒｃｅ，Ｂ ｕｃｋｌｅ１．前言板金属成形中，起皱，尤其内皱（曲面起皱）是影响曲面零件（如半球零件、 锥面零件等）顺利成形的主要障碍，生产中主要靠增加径向拉应力，予以克服，采取适当的压边力 是主要措施之一￣［１］。很多学者对压边力的选取进行了大量的理论研究和实验研究￣［２～５ ］。但这些研究主要限于压边力的选取方法及供生产选用的实验数据，本文通过研究曲面零件贴模 点的位置，分析了压边力与贴模点的关系，探讨了压边力的防皱机理，对于从本质上认清压边力的 作用原理及压边力的合理选取具有一定意义。２实验条件本实验采用五种材料，即ＳＰＣＣ、Ａ３ 钢、２０钢、０８Ａ１钢及黄铜Ｈ６２，料厚均为１ｍｍ。实验模具为直径１２０ｍｍ的球头凸模 及直径１２０ｍｍ、相对锥顶直径０．５的锥形凸模，实验设备为１６００ｋＮ闭式机械压力机。 压边力靠减压阀控制气垫压力实验。实验中采用机油润滑。３实验结果及讨论曲面零件的成形实质 是原始平板毛坯向凸模的贴靠过程。分析图１可见，当Ａ＿０点的贴模点靠近凸模极顶时，需要产 生较大的纬向压缩变形。因此影响Ａ＿０点顺利贴模的主要障碍是曲面起皱（内皱）。假设Ａ＿１ 为Ａ＿０点起皱极限点，Ａ＿２是破裂极限点。则曲面零件不发生内皱的条件是Ａ点不超越Ａ＿１ 点，不发生破裂的条件是Ａ点不超越Ａ＿２点。Ａ＿１与Ａ＿２两点间的距离了决定了零件成形的 难度。曲面零件成形过程，相当一部分的毛坯要发生纬向收缩变形。也就是说，多处具有起皱的危 险。但实质上，纬向收缩变形最大的点起皱危险最大，该点是起皱关键点。研究结果表明，半球及 锥面零件的起皱关键点位于原始毛坯上靠近凹模口的位置￣［６］。防内皱的原理实质是保证起皱 关键点的贴模点不超越相应的起皱极限点Ａ＿１。表１、表２为不同压边力情况下，起皱关键点径 向位移的实测结果。由表可见，增大压边力，减小了起皱关键点的径向位移△Ｒ。也就是使起皱关 键点的贴模点远离起皱极限点，以防止内皱的发生。表３、表４为不同压力力情况下，起皱关键点 的贴模位置。由表可见，贴模点半径Ｒ＿Ａ随压边力的增加而增大。这主要是由于较大的压边力限 制了压边圈下的金属向凹模口内的流动。随着凸模的压入，毛坯中心部分产生了较大的胀形变形， 因此贴模点外移。曲面零件成形时，压这力的大小应保证曲面部分及法兰部分都不起皱，才能冲出 合格零件。图２为二种不同性能的低碳钢板，在球面零件成形时，不出现曲面起皱（内皱）及法兰 起皱（外皱）所需压边力的实验结果，阴影线为不出现起皱所需最小压边力。图３为锥面零件的实 验结果。由图可见，对于ａ）的情况，成形区Ⅲ的范围较窄，这实质上是起皱极限点Ａ＿１与破裂 极限点Ａ＿２间的距离较小。这表明该种材料的变形稳定性不好，易出现起皱或破裂的缺隐，因此 对压边力的调整提出了更高的要求。而ｂ）的情况，成形区Ⅲ的范围较宽，也就是Ａ＿１与Ａ＿２ 间的范围较大。此时产品稳定性好，同时，对于成形条件的要求也宽松。４结论曲面零件成形时， 压边力的大小影响金属的贴模位置。无内皱所需最小压边力及无破裂所允许的最大压边力之间的范 围与起皱极限点Ａ＿１及破裂极限点Ａ＿２间的距离相对应。压边力防内皱的实质是保证起皱关键 点的贴模点不超越相应的起皱极限点。压边力的选择原则是保证起皱关键点贴模点不超越相应的起 皱极限点的前提下尽可能取小的数值。参考文献｜｜１．李硕本等．冲压工艺学．北京：机械工业 出版社，１９８２２．中川威雄．板料冲压加工（中译本）．天津：天津科技出版社，１９８２３ ．李硕本等．曲面零件成形的分析与工艺参数的确定．锻压技术，３，１９８１，１～６４．李硕 本等．曲面零件拉深时压边力的确定．冲压基本理论研究论文集，哈尔滨工业大学，１９８１５． 李硕本等．不压边冲压球、锥面零件的成形极限．模具通讯，５，１９８１，２４～２８６．李春峰等．曲面零件冲压成形极限判据．中国机械工程，５，１９９４，５４～５６压边力对曲面零件防皱机理的研究@李春峰，杨玉英,李硕本$哈尔滨工业大学, 燕山大学板金属成形，曲面零件，压边力，起皱本文在实验研究的基础上，分析了曲面零件成形过程 中金属贴模点位置与起皱（内皱）的关系，并对压边力的防皱机理进行了探讨。１．李硕本等．冲 压工艺学．北京：机械工业出版社，１９８２２．中川威雄．板料冲压加工（中译本）．天津：天 津科技出版社，１９８２３．李硕本等．曲面零件成形的分析与工艺参数的确定．锻压技术，３， １９８１，１～６４．李硕本等．曲面零件拉深时压边力的确定．冲压基本理论研究论文集，哈尔 滨工业大学，１９８１５．李硕本等．不压边冲压球、锥面零件的成形极限．模具通讯，５，１９ ８１，２４～２８６．李春峰等．曲面零件冲压成形极限判据．中国机械工程，５，１９９４，５４～５６滨工业大学,燕山大学板金属成形，曲面零件，压边力，起皱本文在实验研究的基础上，分析了曲面零件成形过程 中金属贴模点位置与起皱（内皱）的关系，并对压边力的防皱机理进行了探讨。１．李硕本等．冲 压工艺学．北京：机械工业出版社，１９８２２．中川威雄．板料冲压加工（中译本）．天津：天 津科技出版社，１９８２３．李硕本等．曲面零件成形的分析与工艺参数的确定．锻压技术，３， １９８１，１～６４．李硕本等．曲面零件拉深时压边力的确定．冲压基本理论研究论文集，哈尔 滨工业大学，１９８１５．李硕本等．不压边冲压球、锥面零件的成形极限．模具通讯，５，１９８１，２４～２８６．李春峰等．曲面零件冲压成形极限判据．中国机械工程，５，１９９４，５４～５６
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