CN110814145B - 降低拉深件制耳率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及拉深件冲压技术领域，公开一种降低拉深件制耳率的方法，在压边圈的不同方向上配置锥度不同的截面，具体为：在拉深件制耳高度低的方向或塑性应变比小的方向配置大锥度，在拉深件制耳高度高的方向或塑性应变比大的方向配置小锥度。在压边圈的不同方向上配置形状类似而尺寸不同的截面，在拉深过程中变形量较小方向的毛坯在压边过程中将产生较大的变形，而变形量较大方向的毛坯在压边过程中会产生较小的变形，从而使得各方向的毛坯在整个拉深过程中的变形趋于均匀，有效降低制耳率。

Description

降低拉深件制耳率的方法

技术领域

本发明涉及拉深件冲压技术领域，具体地，涉及一种降低拉深件制耳率的方法。

背景技术

在板料生产过程，由于各种外界因素的影响，使得内部的晶粒在一个或几个方向上集中分布，产生各向异性，从而使得拉深件边缘区域出现不平齐的制耳现象。

深冲制品产生的制耳缺陷不仅使得工件增加了切边工序，造成材料的浪费，而且会导致杯壁(特别是上部)沿周向厚度不均匀，使得在深冲回程中脱杯困难，降低生产效率，且往往影响成品的使用性能，严重时还可导致杯壁开裂。

为了能够有效降低拉深制耳，许多国内外研究人员对这类问题做了大量研究，主要是从工艺方法、变压边力、坯料形状和变间隙模具四个方面降低拉深制耳，但是这些工艺方法都只能降低拉深件的制耳率，而不能使得拉深件制耳的类型发生改变，所以对于需要多道次拉深的拉深件，随着拉深道次的增加拉深件的制耳率也会随之增大。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，利用曲面压边圈拉深直壁类零件时毛坯在压边过程中会发生一定的塑性变形，以及曲面压边圈的形状对于拉深件的尺寸精度影响非常小的特点，提供一种可使拉深件产生相反类型的制耳以利于后续道次拉深中降低制耳率的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种降低拉深件制耳率的方法，是在压边圈的不同方向上配置锥度不同的截面。

进一步地，在拉深件制耳高度低的方向或塑性应变比小的方向配置大锥度，在拉深件制耳高度高的方向或塑性应变比大的方向配置小锥度。

更进一步地，塑性应变比的大或小方向由拉深件试样进行单向拉伸试验得出。

再进一步地，拉深件制耳高度的高或低方向通过有限元软件对拉深件毛坯在传统模具中的拉深过程进行仿真得出。

更进一步地，大锥度和小锥度的确定步骤为：S1.根据仿真结果得出拉深件各方向区间内制耳高度的变化量，确定各方向区间范围内的锥度变化量之比；S2.根据仿真结果得出拉深件在传统模具中拉深出的制耳率大小，初步确定压边圈变锥度的最小锥度和锥度变化量；S3.利用S1、S2中的参数，在有限元软件中建模进行有限元仿真，根据有限元仿真结果对最小锥度和锥度变化量作调整；S4.根据S3中调整后的参数重新进行有限元仿真，直至仿真结果满足要求，得到大锥度值和小锥度值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)在压边圈的不同方向上配置形状类似而尺寸不同的截面，在拉深过程中变形量较小方向的毛坯在压边过程中将产生较大的变形，而变形量较大方向的毛坯在压边过程中会产生较小的变形，从而使得各方向的毛坯在整个拉深过程中的变形趋于均匀，有效降低制耳率；

2)变锥度压边圈除了可以降低拉深件制耳率外，其与锥形压边圈相比，变锥度压边圈在压边过程中，锥度较大方向上的毛坯将会最先与压边圈接触，这将使得毛坯在切向受到一定的拉应力，因此其也可以提高毛坯的抗起皱能力，从而使得其允许的最大的平均锥度会大于锥形压边圈的允许的最大锥度，从而可以起到提升毛坯极限变形程度的作用；

3)变锥度压边圈还可使拉深件的制耳类型发生显著改变，对于后续道次拉深减小制耳率有利。

附图说明

图1为实施例1所述降低拉深件制耳率的方法得出的A型模具装配图；

图2为图1中的变锥度压边圈示意图；

图3为实施例1的仿真结果图；

图4为对比例1～对比例5的仿真结果图；

图5为采用传统方法拉深直径为100mm的毛坯的仿真结果图；

图6为对比例5的压边仿真结果图；

图7为实施例1所述降低拉深件制耳率的方法得出的B型模具装配图；

图8为图7中的变锥度压边圈示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

一种降低拉深件制耳率的方法，是在压边圈的不同方向上配置锥度不同的截面，具体为在拉深件制耳高度低的方向或塑性应变比小的方向配置大锥度，在拉深件制耳高度高的方向或塑性应变比大的方向配置小锥度，以使得在拉深过程中变形量较小方向的毛坯在压边过程中产生较大的变形、变形量较大方向的毛坯在压边过程中产生较小的变形，从而使得各方向的毛坯在整个拉深过程中的变形趋于均匀，有效减少制耳。

以下将设有上述压边圈的模具称为变锥度模具(如图1所示)，压边圈为变锥度压边圈(如图2所示)，在变锥度模具上，较大锥度方向上板料在拉深过程中受到的径向应力较小，而其受到的切向应力较大，这将会使得其上毛坯在拉深过程中的径向变形量较小，并且毛坯在拉深过程中更容易向较小锥度方向流动，从而使得其上的制耳高度减小；在压边过程中，较大锥度方向上的毛坯将会最先与压边圈接触，从而首先发生塑性变形，所以其上的毛坯在此过程中会产生较大的径向变形，从而使得其上的制耳高度增大。

由上述分析可知，变锥度压边圈在压边过程和拉深过程中对于制耳率的影响是截然相反的，因为在单道次拉深过程中，变锥度压边圈在压边过程和拉深过程中影响的材料面积是相同的，又因为在压边过程中，毛坯的变形基本上是不受约束的，而在拉深过程中，材料的变形会受到压边圈的约束，并且随着拉深过程的进行，变锥度压边圈影响的毛坯面积将会减小，所以变锥度压边圈在压边过程中对制耳率的影响应大于其在拉深过程中对制耳率的影响，故应采用在制耳高度较小的方向上配置较大锥度，在制耳高度较大的方向上配置较小锥度的配置方法来获得低制耳率的拉深件。

具体地，拉深件塑性应变比的大或小方向由拉深件试样进行单向拉伸试验得出，根据所获得的材料的力学性能，在有限元软件中对毛坯在传统模具中的拉深过程进行仿真(或直接进行拉深试验)，得到拉深件制耳高度的高或低方向。

此后，对大锥度和小锥度进行确定，确定步骤为：

S1.根据仿真结果得出拉深件各方向区间内制耳高度的变化量，确定各方向区间范围内的锥度变化量之比；

S2.根据仿真结果得出拉深件在传统模具中拉深出的制耳率大小，初步确定压边圈变锥度的最小锥度和锥度变化量；

S3.利用S1、S2中的参数，在有限元软件中建模并进行有限元仿真，根据有限元仿真结果对最小锥度和锥度变化量作调整；

S4.根据S3中调整后的参数重新进行有限元仿真，直至仿真结果满足要求，得到大锥度值和小锥度值。

最后可制造模具进行试模修模。

本实施例中拉深件坯料采用的是规格为Φ100×0.8的DC04板材，即毛坯直径D为100mm，壁厚t为0.8mm的圆形毛坯，将其拉深为直径为50mm的圆筒件，使用的拉深设备为EC600板料成形试验机。

进行单向拉伸试验的拉深件试样包括在与板料轧制方向呈0°、45°和90°三个方向的试样，经拉伸试验后得到对应的单向拉伸屈服应力值

Hill塑性应变比r值

以及其他的力学性能参数(弹性模量、泊松比、抗拉强度等)。

根据测量数据在ABAQUS软件中，定义材料塑性与各向异性，对毛坯在传统的模具上的拉深过程进行仿真后得到如图5所示的仿真结果，根据仿真数据知圆筒件制耳率为15.67％，且圆筒件在15°方向与30°方向上的侧壁高度差相比于0°方向与15°方向上和30°方向与45°方向上的要大一些(因制耳高度高的方向为0°/90°方向，制耳高度低的方向为45°方向，这两个方向附近的高度变化较为平缓，而他们中间区域的高度变化更大)，所以设计将各方向上的锥度关系设计为α₀-α₁₅：α₁₅-α₃₀：α₃₀-α₄₅＝3:4:3(该比值是根据各方向高度变化量近似选取的)。

设计变锥度压边圈的最小锥度为25°，锥度变化量为5°，即0°方向锥度为25°，15°方向锥度为26.5°，30°方向锥度为28.5°，45°方向锥度为30°。。采用ABAQUS软件对毛坯在该变锥度压边圈上的拉深过程进行仿真，仿真结果如图3所示，其拉深出的圆筒件的制耳率为3.13％，圆筒件的制耳率已经被控制在较小的范围内，基本上满足了设计的要求。

在制造模具阶段，根据是否有同规格的平面凹模，设计人员可以设计两种类型的模具装配方式，如果存在同规格的平面凹模，根据A型装配图制造模具(如图1和图2所示)，该模具的相关参数见表1：

表1实验模具参数(mm)

模具参数	d<sub>p</sub>	r<sub>p</sub>	d<sub>d</sub>	r<sub>d</sub>
					尺寸	50	5	51.76	10

如果不存在同规格的平面凹模，根据B型装配图制造模具(如图7所示)，其压边圈如图8所示。

模具安装好后，在放置板料时将板料轧制方向与变锥度压边圈的0度方向对齐，进行拉深试验。

对比例1

与实例1的区别在于将毛坯直径更改为95mm。

对比例2

与实例1的区别在于将毛坯直径更改为90mm。

对比例3

与实例1的区别在于将毛坯直径更改为85mm。

对比例4

与实例1的区别在于将毛坯直径更改为80mm。

对比例5

与实例1的区别是：将锥度变化量由5°更改为11°。

上述实施例1和对比例1～5的仿真制耳率如表2所示(表中的正值表示制耳的“波峰”位于0°或90°方向上，负值表示制耳的“波峰”位于45°方向上)：

表2仿真圆筒件制耳率表

实例1

对比例1

对比例2

对比例3

对比例4

对比例5

制耳率

3.13％

2.22％

-1.74％

-1.79％

-1.84％

-11.10％

对比例1～5的仿真结果如图4所示。

由以上仿真结果可知，在实际冲压生产过程中，对于直径为80～100mm的毛坯，使用同一变锥度模具基本可以将其拉深出的圆筒件制耳率控制在3％以内。这说明变锥度模具对于不同直径的毛坯拉深出的圆筒件制耳率的控制具有较好的通用性。

由对比例5可看出变锥度压边圈不但可以减小拉深件的制耳率，而且能够使得拉深件的制耳类型发生显著的改变，从而对于后续道次拉深减小制耳率有利。

由于在采用锥形压边圈拉深圆筒件的压边过程相当于一个无压边圈的拉深工序，所以板料在此过程中容易发生起皱的缺陷。所以对于锥形压边圈其锥度的选取通常是根据毛坯的相对厚度的不同而进行选取，其锥度的取值范围一般为10°～45°。根据文献《应用锥形压边圈进行拉伸的探索研究》和文献《锥形拉深凹模的设计》的数据可知相对板料厚度为0.8的毛坯，采用锥形压边圈进行拉深时，其压边过程所允许的最小拉深系数为0.969。根据等面积原则计算出对于相对板料厚度为0.8的毛坯，锥形压边圈允许的最大锥度约为28.3°。在对比例5中变锥度压边圈的平均锥度为30.5°(最小锥度25°+最大锥度36°(此处36°为25°+11°)÷2＝30.5°)，超过了锥形压边圈所允许的最大锥度，从图6可以看出，毛坯在对比例5的压边过程中并没有出现起皱现象，这说明变锥度压边圈能够提升毛坯的扛起皱能力。根据文献《应用锥形压边圈进行拉伸的探索研究》和文献《锥形拉深凹模的设计》的数据可知，由于变锥度压边圈允许的最大锥度要大于锥形压边圈允许的最大锥度，这将至少可以使得圆筒件的极限拉深系数减小约0.5％。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种降低拉深件制耳率的方法，其特征在于，在压边圈的不同方向上配置锥度不同的截面；

在拉深件制耳高度低的方向或塑性应变比小的方向配置大锥度，在拉深件制耳高度高的方向或塑性应变比大的方向配置小锥度；

塑性应变比的大或小方向由拉深件试样进行单向拉伸试验得出；

拉深件制耳高度的高或低方向通过有限元软件对拉深件毛坯在传统模具中的拉深过程进行仿真得出；

大锥度和小锥度的确定步骤为：S1.根据仿真结果得出拉深件各方向区间内制耳高度的变化量，确定各方向区间范围内的锥度变化量之比；S2.根据仿真结果得出拉深件在传统模具中拉深出的制耳率大小，初步确定压边圈变锥度的最小锥度和锥度变化量；S3.利用S1、S2中的参数，在有限元软件中建模进行有限元仿真，根据有限元仿真结果对最小锥度和锥度变化量作调整；S4.根据S3中调整后的参数重新进行有限元仿真，直至仿真结果满足要求，得到大锥度值和小锥度值。

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