基于數(shù)值模擬的盒形件拉深極限研究現(xiàn)狀

夏莉

摘 要：近年來，國內外關于盒形件拉深的研究越來越多。無論是盒形件拉深模具設計、數(shù)值分析、還是缺陷分析都有了新的成果。

關鍵詞：盒形件；拉深極限；現(xiàn)狀

1.國內外對盒形件多次拉深判定的研究現(xiàn)狀

1.1 盒形件一次拉深成形的判定

盒形件拉深過程中，坯料所受應力和變形沿周邊不均勻分布，其不均勻程度隨相對高度（h/b）及角部相對圓角半徑r/b的大小而變化，這兩個比值決定了圓角部分材料向側壁轉移的程度及側壁高度的增補量[3]。所以可以從這幾個方面入手來進行一次拉深的判定。

①按盒形件的相對高度（h/b）判定

從文獻1得出，盒形件相對高度（h/b）可以用來判定盒形件是否能一次拉深成形（h表示為盒形件的高度，b為正方形件的邊長或者矩形件的短邊長度，D為正方形盒拉深毛坯直徑或矩形盒拉深毛坯寬度，t為毛坯厚度），若比極限相對高度小，則可以一次拉深成形，反之亦然。這種方法比較簡單，容易判定。但是沒有考慮到圓角半徑對拉深次數(shù)的影響，實際上這種影響是存在的且是重要的影響因素。因此這種方法是不全面的。

②按角部的拉深系數(shù)來判定

文獻3給出了一種新的按角部的拉深系數(shù)判斷一次拉深成形的方法。對于低盒形件，由于直邊部分對圓角部分的影響相對較小，圓角處的變形最大，故變形程度可以用圓角處的拉深系數(shù)m來表示，m=r/Ry。其中r為角部的圓角半徑，mm；Ry為毛坯圓角部分的假想半徑。若m大于盒形件角部第一次拉深系數(shù)m1，可一次拉成。若m小于m1.則不能一次拉成。此種方法雖然著重考察圓角半徑的影響，而忽略掉其他的影響因素。此外，由于引入了假象半徑這個參數(shù)，就不免帶入了誤差。假象半徑即為原始毛坯的半徑。眾所周知，目前關于盒形件原始坯料尺寸的計算方法還不完善，現(xiàn)有的使用方法得出的坯料尺寸存在誤差。所以采用這個誤差的數(shù)據(jù)得出的結果必然是誤差的。

③按盒形件的相對深度來判定

文獻4也總結出可以用相對深度h/r值進行一次拉深成形的判斷。大于一次拉深許可的比值則不能一次拉深成形。此種方法沒有考慮到盒形件的寬度b對拉深次數(shù)的影響，這種影響是存在的且不能忽視的。

1.2 盒形件多次拉深的判定

盒形件是典型的非軸對稱拉深件，在拉深過程中材料變形較為復雜[6] 。目前， 雖然人們已經(jīng)對盒形件在理論分析和實驗研究等方面作了大量的工作， 但因其變形的復雜性，還不能像軸對稱件那樣得出較為成熟的分析理論。判定盒形件是否可以拉深成形，主要取決于毛坯的變形程度，如果毛坯的變形程度過大，拉深時傳力區(qū)毛坯內部的徑向拉應力就會超過側壁材料的強度極限而產生破裂，這時必須采用多工序拉深工藝。盒形件按其相對高度h/b的大小，分為低盒形件和高盒形件，當h/b小于0.6-0.7時盒形件為低盒形件，h/b大于0.6-0.7時為高盒形件。高盒形件是不能一次拉深成形的，需要多次拉深。盒形件多次拉深不同于圓筒

形件多次拉深，也不同于盒形件的一次拉深。盒形件多次拉深材料沿其毛坯周圍變形是不均勻的。直邊部份對圓角部份的材料有一定的帶動作用及變形程度的減輕作用。變形區(qū)除承受傳力區(qū)傳遞力的作用外，外端還受毛坯直壁的限制，因此直邊部份和圓角部份（徑向伸長，切向壓縮）變形若不一致，必然會產生附加壓應力與拉應力使之產生橫向堆積起皺或變薄破裂[5]。這些都不利于盒形件拉深工序的順利進行，為了避免上述情況，合理設計高盒形件的拉深次數(shù)也是有效的方法之一。

①高盒形件多次拉深的簡易計算方法

文獻1等介紹了方形和矩形件拉深次數(shù)的簡易計算方法，可供現(xiàn)場估算比較用。它是利用h和b的關系來估算拉深次數(shù)。查下面的表格即得出相應的拉深次數(shù)。這種方法同樣存在著沒有考慮圓角半徑對拉深次數(shù)的影響。忽略掉了這一重要的影響因素。

②按拉深件的相對深度h/r確定拉深次數(shù)

文獻1等介紹了盒形件的相對深度h/r也可以用來確定拉深次數(shù)，不同的相對深度h/r的比值對應不同的拉深次數(shù)。其中h為拉深件的高度，r為轉角半徑。主要存在的問題是忽略了盒形件直邊部分對拉深次數(shù)的影響。

③按盒形件的相對高度確定拉深次數(shù)

文獻3介紹了按盒形件的相對高度h/b的比值查相應的表格確定拉深次數(shù)。這種方法很簡單，僅僅考慮高度這一個影響因素，忽略了圓角半徑和直邊的影響，這樣得出的結果和實際出入很大，不便于采用。

④按盒形件多次拉深的總拉深系數(shù)來估算拉深系數(shù)

高盒形件一般需要多次拉深，即先拉成較大的圓角，再逐步減小圓角半徑。前后工序半成品角部的圓角半徑之比稱為拉深系數(shù)m，以后各次的拉深系數(shù)必須大于極限拉深系數(shù)。拉深次數(shù)亦可通過盒形件多次拉深的總拉深系數(shù)來估算。

算出總的拉深系數(shù)后查對應的表格得出拉伸系數(shù)。這種方法直接套用已有的公式計算總拉深系數(shù)，計算過程比較繁瑣，公式對原始毛坯的尺寸有要求，運用不靈活，有一定的局限性。

2.現(xiàn)有的判定方法存在的問題

上述介紹的幾種關于盒形件多次拉深判定的方法是目前國內比較常用的，但是都存在著一定的問題。具體如下：

①用角部的拉深系數(shù)來判斷一次拉深成形，這里的Ry為毛坯圓角部分的假想半徑，假象半徑即為原始毛坯的圓弧半徑，我們都知道盒形件的原始毛坯尺寸的計算本身就很復雜，現(xiàn)有的方法都是估算出來的，存在誤差。如果我們采用的都是有誤差的數(shù)據(jù)，那么很顯然得出的結果必然是不準確的。

②隨著技術的不斷成熟，對盒形件研究的不斷深入，其中很多方法中的數(shù)據(jù)有了新的改進。如文獻2等對盒形件一次拉深成形的極限進行了研究，包括一次極限拉深系數(shù)的研究，相對高度的研究，研究表明盒形件一次拉深成形的拉深系數(shù)比此前很多手冊提供的數(shù)據(jù)小。這樣便可以提高拉深的范圍，降低成本。

③盒形件由于直邊的存在，拉深時圓角部分的材料可以向直邊流動，這就減輕了圓角部分的變形。可以使圓角部分危險斷面的拉應力有不同程度的降低。直邊的長度越長，直邊對圓角的影響越強，極限變形程度的提高越顯著。反之，直邊越短，直邊對圓角部分的影響越小。同樣的拉深的高度越高，越容易拉裂。這些都證明拉深次數(shù)的判定與拉深的高度h、拉深件的圓角半徑r、拉深件的直邊長度有關。我們從現(xiàn)有的判定方法容易看出這些方法都只涉及了這三個因素中的任意兩個。并沒有把所有的因素全部考慮完全。很顯然，這些方法有自己的局限性。

參考文獻

[1]薛啟翔.沖壓工藝與模具設計實例分析.機械工業(yè)出版社

[2]賀軍濤.盒形件拉深的研究[D].吉林大學，2004

[3]齊衛(wèi)東.簡明沖壓模具設計手冊.北京理工大學出版社

[4]孫景芳.盒形零件一次拉深成形極限的研究.農業(yè)機械學報，1994年04期

[5]于連仲.確定高方盒形件拉深次數(shù)的圖解法.鍛壓技術，1989年03期

[6]于連仲.高方盒形件多次拉深工藝過程的確定.鍛壓技術，1986年02期