CN103324779A - 板料渐进成形极限图的测定方法 - Google Patents

板料渐进成形极限图的测定方法 Download PDF

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本发明公开了一种板料渐进成形极限图的测定方法，通过绘制曲线、生成加工程序、准备试样、成形圆弧沟槽、获取板平面极限应变值、建立板平面应变坐标系最终获取板料渐进成形极限图。采用半球头成形工具成形单向圆弧沟槽和等宽交叉圆弧沟槽，采用长、短轴比例不同的椭球头成形工具分别成形非等宽交叉圆弧沟槽，分析获得板平面极限应变值，方法合理且简单快速，可以获得精确度较高的板料渐进成形极限图，为制定合理的生产工艺提供保证，并为数值模拟提供判据。

Description

板料渐进成形极限图的测定方法
技术领域
本发明属于金属板料成形加工技术领域，具体涉及一种金属板料渐进极限图的建立方法。
背景技术
和传统板料冲压成形相比，数控渐进成形不需要模具或只需要凸模，借助工件CAD模型能够快速完成零件的成形，特别适合新产品开发以及单件或小批量钣金零件的生产，此外，渐进成形还具有花费低、成形力小、板料的成形性能高等优点，可广泛应用于航空、航天、家电、医疗器械和汽车制造等行业。
成形极限图是判断板料是否会发生失效的主要依据。传统板料成形极限图中，成形极限曲线为板平面工程主应变e1-e2(或真应变ε1-ε2)坐标系中呈“v”字型的曲线，测定方法已经较为完善并形成了相应的标准(GB/T15825.8-2008)。板料渐进成形极限图和传统成形极限图有显著的不同，通常研究认为渐进成形极限图中的成形极限曲线为应变坐标系ε1-ε2中第一象限内负斜率方向的一条直线，且位置比传统成形极限曲线位置显著提高。到目前为止，板料渐进成形极限图的测定尚未形成统一标准，目前，常用的方法有直沟槽法和螺旋路径加工截头圆锥法等。采用直沟槽法测定板料渐进成形极限图时，破裂位置总位于沟槽两端，所获得破裂位置应变状态接近双向拉伸应变状态，需假设渐进成形极限曲线斜率为-1，测量结果精确度较低；螺旋路径加工截头圆锥法测定板料成形极限图时，因为需要合理的控制参数控制板料在加工过程中连续发生破裂，不同厚度、不同材料的板料破裂所需要的变形量不同，为了获得合适的参数，需要进行多次试验，方法繁琐复杂。
发明内容
为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种板料渐进成形极限图的测定方法，方法简单快速，所测定的板料渐进成形极限图精确度高。
本发明提供的板料渐进成形极限图的测定方法，所选用的圆弧沟槽成形工具包括半球头成形工具和椭球头成形工具，所述方法包括以下步骤：
一、绘制曲线：使用计算机三维建模软件绘制圆弧曲线；
二、生成加工程序：将步骤一绘制的圆弧曲线指定为加工轨迹，生成圆弧沟槽加工程序；
三、准备试样：准备5块以上试样板料，并将试样板料表面清理干净，之后在试样板料表面印制清晰的圆网格，备用；
四、成形圆弧沟槽、获取板平面极限应变值：根据步骤二生成的圆弧沟槽加工程序，选取成形工具在备好的试样板料上成形圆弧沟槽，选取半球头成形工具成形单向圆弧沟槽和等宽交叉圆弧沟槽；选取椭球头成形工具，成形非等宽交叉圆弧沟槽；通过网格应变测量分析获得板平面极限应变值；
五、建立板平面应变坐标系：纵坐标表示板平面主应变ε1，横坐标表示板平面次应变ε2；
六、获取板料渐进成形极限图：将步骤四所获得的局部表面极限应变值标绘在步骤五所建立的板平面应变坐标系中，形成成形极限散点图，将分布的散点用一条光滑的曲线连接，即可获得板料渐进成形极限图。
上述使用计算机三维建模软件绘制圆弧曲线，包括在同一竖直坐标平面内绘制往复圆弧曲线和在相互垂直的坐标平面内分别绘制圆弧曲线；所述生成加工程序，将在同一竖直坐标平面内绘制的往复圆弧曲线指定为加工轨迹，生成单向圆弧沟槽加工程序，将在相互垂直的坐标平面内分别绘制的圆弧曲线交替连接，形成单一路径，并将形成的单一路径指定为加工轨迹，生成交叉圆弧沟槽加工程序。
上述成形圆弧沟槽、获取板平面极限应变值，包括成形单向圆弧沟槽、成形等宽交叉圆弧沟槽和成形非等宽交叉圆弧沟槽，具体步骤如下：(1)所述成形单向圆弧沟槽，将备好的试样板料固定，选取半球头成形工具，在试样板料上成形单向圆弧沟槽，试样板料在成形工具的作用下产生凹陷变形，当凹陷处产生破裂时停止运动，测量破裂位置的网格圆长轴和短轴尺寸或与破裂位置相邻的网格圆长轴和短轴尺寸，通过网格应变测量分析获得板平面极限应变值；(2)所述成形等宽交叉圆弧沟槽，选取半球头成形工具，将备好的试样板料固定，在试样板料上成形等宽交叉圆弧沟槽，试样板料在成形工具的作用下产生凹陷变形，当凹陷处产生破裂时停止运动，测量破裂位置的网格圆长轴和短轴尺寸或与破裂位置相邻的网格圆长轴和短轴尺寸，通过网格应变测量分析获得板平面极限应变值；(3)所述成形非等宽交叉圆弧沟槽，选取长短轴比例不同的椭球头成形工具不少于2个，每个椭球头成形工具分别在不同的试样板料上成形非等宽交叉圆弧沟槽，试样板料在成形工具的作用下产生凹陷变形，当凹陷处产生破裂时停止运动，测量破裂位置的网格圆长轴和短轴尺寸或与破裂位置相邻的网格圆长轴和短轴尺寸，通过网格应变测量分析获得板平面极限应变值。
本发明提供的板料渐进成形极限图的测定方法，其有益效果在于：采用半球头成形工具成形单向圆弧沟槽和等宽交叉圆弧沟槽，采用长、短轴比例不同的椭球头成形工具分别成形非等宽交叉圆弧沟槽，分析获得板平面极限应变值，方法合理且简单快速，可以获得精确度较高的板料渐进成形极限图，为制定合理的生产工艺提供保证，并为数值模拟提供判据。
附图说明
图1为半球头成形工具成形单向圆弧沟槽运动轨迹示意图；
图2为半球头成形工具成形等宽交叉圆弧沟槽运动轨迹示意图；
图3为椭球头成形工具示意图；
图4为单向圆弧沟槽俯视示意图；
图5为非等宽交叉圆弧沟槽俯视示意图；
图6为等宽交叉圆弧沟槽俯视示意图。
图中标注：
1.半球头成形工具；2.椭球头成形工具；3.试样板料；4.单向圆弧沟槽；5.非等宽交叉圆弧沟槽；6.等宽交叉圆弧沟槽。
具体实施方式
下面参照附图，结合一个实施例，对本发明提供的板料渐进成形极限图的测定方法进行详细的说明。
实施例
参照图1-图6，本实施例的板料渐进成形极限图的测定方法，具体方法如下：
(1)如图1，采用UG NX8.0制图软件，在Y-Z平面内草绘往复圆弧曲线，初始圆弧直径为120mm，相邻圆弧直径增加0.2mm，最终圆弧直径为150mm，采用“加工”模块中“固定轮廓铣”中“曲线/点”驱动，指定绘制的圆弧曲线为加工工具加工轨迹，生成单向圆弧沟槽加工程序；
(2)如图2，采用UG NX8.0制图软件，分别在Y-Z平面和X-Z平面内草绘圆弧曲线，并交替连接两平面内的圆弧曲线，形成单一加工路径，采用“加工”模块中“固定轮廓铣”中“曲线/点”驱动，指定形成的单一加工路径为工具加工轨迹，生成交叉圆弧沟槽加工程序；
(3)准备5块试样板料3，并将试样板料3表面清理干净，之后采用电腐蚀法在试样板料表面印制清晰的直径为2mm的圆形网格；
(4)将试样板料3固定在渐进成形机上，采用直径为10mm的半球头成形工具1，采用步骤(1)编制的单向圆弧沟槽加工程序成形试样板料，直至凹陷部破裂，获得俯视如图4所示的单向圆弧沟槽4，破裂位置的网格会由初始圆形被拉伸成椭圆形，测定该位置椭圆网格的长轴和短轴，计算极限应变；
(5)将试样板料固定在渐进成形机上，分别采用长轴为15mm、短轴为10mm和长轴为20mm、短轴为10mm的椭球头成形工具2，采用步骤(2)编制的非等宽圆弧沟槽加工程序分别成形试样板料，成形中保证椭球头成形工具长轴平面、短轴平面分别与X-Z平面、Y-Z平面重合，直至凹陷部破裂，获得俯视如图5所示的非等宽交叉圆弧沟槽5，破裂位置的网格会由初始圆形被拉伸成椭圆形，分别测定不同试样破裂位置椭圆网格的长轴和短轴，计算极限应变；
(6)将试样板料固定在渐进成形机上，采用直径为10mm的半球头成形工具1，采用步骤(2)编制的交叉圆弧沟槽加工程序成形试样板料，直至凹陷部破裂，获得俯视如图6所示的等宽交叉圆弧沟槽6，测定破裂位置初始圆形网格直径的变化，计算极限应变；
(7)以板平面次应变ε2为横坐标、板平面主应变ε1为纵坐标建立应变坐标系，分别将步骤(4)至步骤(6)测定获得的不同应变状态下的试样板料渐进成形极限应变(ε1、ε2)标绘在坐标系中，形成成形极限散点图，将分布的散点用一条光滑的曲线连接，获得板料渐进成形极限图。

Claims (3)

1.一种板料渐进成形极限图的测定方法，其特征在于：所选用的圆弧沟槽成形工具包括半球头成形工具和椭球头成形工具，所述方法包括以下步骤：
一、绘制曲线：使用计算机三维建模软件绘制圆弧曲线；
二、生成加工程序：将步骤一绘制的圆弧曲线指定为加工轨迹，生成圆弧沟槽加工程序；
三、准备试样：准备5块以上试样板料，并将试样板料表面清理干净，之后在试样板料表面印制清晰的圆网格，备用；
四、成形圆弧沟槽、获取板平面极限应变值：根据步骤二生成的圆弧沟槽加工程序，选取成形工具在备好的试样板料上成形圆弧沟槽，选取半球头成形工具成形单向圆弧沟槽和等宽交叉圆弧沟槽；选取椭球头成形工具，成形非等宽交叉圆弧沟槽；通过网格应变测量分析获得板平面极限应变值；
五、建立板平面应变坐标系：纵坐标表示板平面主应变ε1，横坐标表示板平面次应变ε2；
六、获取板料渐进成形极限图：将步骤四所获得的局部表面极限应变值标绘在步骤五所建立的表面应变坐标系中，形成成形极限散点图，将分布的散点用一条光滑的曲线连接，即可获得板料渐进成形极限图。
2.根据权利要求1所述的板料渐进成形极限图的测定方法，其特征在于：所述使用计算机三维建模软件绘制圆弧曲线，包括在同一竖直坐标平面内绘制往复圆弧曲线和在相互垂直的坐标平面内分别绘制圆弧曲线；所述生成加工程序，将在同一竖直坐标平面内绘制的往复圆弧曲线指定为加工轨迹，生成单向圆弧沟槽加工程序，将在相互垂直的坐标平面内分别绘制的圆弧曲线交替连接，形成单一路径，并将形成的单一路径指定为加工轨迹，生成交叉圆弧沟槽加工程序。
3.根据权利要求1所述的板料渐进成形极限图的测定方法，其特征在于：所述成形圆弧沟槽、获取板平面极限应变值，包括成形单向圆弧沟槽、成形等宽交叉圆弧沟槽和成形非等宽交叉圆弧沟槽，具体步骤如下：(1)所述成形单向圆弧沟槽，将备好的试样板料固定，选取半球头成形工具，在试样板料上成形单向圆弧沟槽，试样板料在成形工具的作用下产生凹陷变形，当凹陷处产生破裂时停止运动，测量破裂位置的网格圆长轴和短轴尺寸或与破裂位置相邻的网格圆长轴和短轴尺寸，通过网格应变测量分析获得板平面极限应变值；(2)所述成形等宽交叉圆弧沟槽，选取半球头成形工具，将备好的试样板料固定，在试样板料上成形等宽交叉圆弧沟槽，试样板料在成形工具的作用下产生凹陷变形，当凹陷处产生破裂时停止运动，测量破裂位置的网格圆长轴和短轴尺寸或与破裂位置相邻的网格圆长轴和短轴尺寸，通过网格应变测量分析获得板平面极限应变值；(3)所述成形非等宽交叉圆弧沟槽，选取长短轴比例不同的椭球头成形工具不少于2个，每个椭球头成形工具分别在不同的试样板料上成形非等宽交叉圆弧沟槽，试样板料在成形工具的作用下产生凹陷变形，当凹陷处产生破裂时停止运动，测量破裂位置的网格圆长轴和短轴尺寸或与破裂位置相邻的网格圆长轴和短轴尺寸，通过网格应变测量分析获得板平面极限应变值。
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