筋拉深锥形零件中临界压边力的计算

第３４卷第２期

Ｖ０１．３４

Ｎｏ．２

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２００９年４月

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２００９

ＦＯＲＧＩＮＧ＆ＳＴＡＭＰＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

理论探讨

半圆筋拉深锥形零件中临界压边力的计算

刘建华１，王志恒２

（１．长安大学工程机械学院，陕西西安７１００６４；２．内蒙古工业大学材料工程与科学学院，内蒙古呼和浩特０１００５１）摘要：根据半圆筋的结构特点，分析拉深锥形零件中板料的受力，分别对保证板料一直压靠拉深筋所需的最小压边

力，以及防止内皱发生的最大压边力进行了临界计算，获得半圆筋拉深锥形零件中最大和最小压边力的取值范围。

拉深锥形件过程中，在此范围内选择压边力可保证压边圈不上浮，板料不起外皱且没有拉裂发生。关键词：锥形件；拉深筋；压边力中图分类号：ＴＧ３８６．３

文献标识码：Ａ

文章编号：１∞０－３９４０（２∞９）０２－０１０３－∞

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在锥形零件拉深成形中，设置拉深筋能有效地防止内皱，由于半圆筋加工方便，得以广泛应用。在带筋拉深过程中，压边力可以有效地控制板料拉深的流动，对拉深能否顺利进行具有重要作用［１ｑ］。如果压边力过小，将引起板料不能压靠拉深筋，影

最小压边力进行了临界计算。１

压边力的临界计算

半圆筋拉深锥形件过程中，板料外缘逐渐绕过

１．１最小压边力的计算

响拉深的进行；为消除内皱可以增加压边力，但是

压边力过大会引起拉裂现象产生［４。６］。所以，确定压边力的取值范围是极其必要的。

压边力的取值范围受到模具及材料参数的影响，在平面压边条件下，模具结构简单，临界压边力受到凸、凹模和板料尺寸及材料特性等的影响［７＿８Ｊ，而

拉深筋进入凹模，板料将产生使压边圈向上抬起的上浮力。那么，为保证压边圈不被抬起，使拉深顺利完成，则压边力必须大于等于毛坯对压边圈的上

浮力Ｆｆ，这里用Ｆ妇表示最大上浮力。则半圆筋拉深中最小压边力（苫血应为最大上浮力Ｆ‰，即：

（１）Ｑｌ血＝Ｆ‰

拉深筋成形后的结构如图１所示。半圆筋半径

为Ｒ。，凹模入口处圆角为ｒｄ。。

随着拉深的进行，板料绕过半圆筋圆角处会产生弯曲抗力，根据受力分析‘州０Ｊ，当瞬时外缘半径Ｒｆ凸缘在口６段，即Ｒ６≤Ｒ≤Ｒｄ时，出现最大上浮

增设拉深筋后，由于拉深筋的存在，板料在进入凹

模之前，在拉深筋处产生弯曲与反弯曲变形睁１０］，

将使压边圈向上抬起，从而对临界压边力产生很大

的影响。为此，根据半圆筋结构特点，结合半圆拉深筋拉深过程的受力特点，对半圆筋拉深中最大和

力，计算得到此阶段板料各部分的拉应力。

收稿日期：２００８—０８－１６；修订日期：２００８—１１—１６

基金项目：长安大学青年科学基金（０６２１１）；陕西省自然科学基金（２００６Ｅ１１４）

作者简介：刘建华（１９７２一），女，博士，副教授电子信箱：ｌｉｕｊｉａｎｈｕａｌ００７＠１６３．ｃｏｍ

ｆ点的拉应力为：

西ｃ“?堍ｌｎ是＋１山“严＿１）ｌ嚆＋蠹Ｚ“２）ｓｉｍ’’

式中：忌，Ｒ分别为６，ｃ处半径（ｍｍ）；￡为板料厚

万方数据　

锻压技术

第３４卷

（备注：Ｒ为拉深中板料外缘瞬时半径；Ｒ。为半圆筋半径｛Ｒ为半圆筋位置半径；Ｈ为拉深筋高度；ｒｄ为拉深筋槽圆角半径ｌｒｄｌ为凹模入口圆角半径；ｒｐ为凸模圆角半径Ｉａ为半圆筋与板料接触半角；口为凹模圆角与板料接触角。）

图１拉深筋结构示意图

Ｆｉｇ－１

Ｓｋｅｔｃｈ

ｒ１１ａｐ

ｏｆｄｒａｗｂｅａｄ

度（ｍｍ）；∥为泊松比；ｃｒｂ为板料的抗拉强度

（ＭＰａ）；础，民分别为６，ｆ处平均应力强度（ＭＰａ）。

ｇ点的拉应力为：

玉ｔ乩训噎‰?ｃ扣叫＋垂ｉ“（３）

ＳｌｎＺ口

式中：Ｒ为Ｐ处半径（ｍｍ）；以为Ｐ处平均应力强

度（ＭＰａ）。

则上浮力为：

Ｆｆ一２以妇。＝２掘￡［１．堍ｈ是＋１．堍ｌｎ是（矿一１）?

沙叫川?蚰莹伊“Ｈ笔铲＋态］

（４）

设最大上浮力瞬时的外缘半径为Ｒ∞，则根据上

式有：

‰一２也。．概ｌｎ鲁＋１．堍ｌｎ鲁（矿一１）（沙一１）＋

Ｌ训ｎ凳汐１Ｈ警：茅＋态］（５，

为保证拉深筋压靠于压边圈上，压边力Ｑ最小

应等于上浮力，即Ｆｆ＝Ｑ，可求得最小压边力为：

ｃ伊一。＋Ｌ堍ｈ凳ｃ沙一，，＋簧＋寿驽，

‰＝ｋ一２以。．堍ｌｎ鲁＋１．‰ｌｎ卺（严一１）

（６）

１．２最大压边力的临界计算

在拉深过程中，增加压边力可防止内皱，但是

诃能引起拉裂发生，因此，拉深中的最大压边力应

万　

方数据小于等于拉裂临界状态的压边力。

根据实验研究结果表明，当Ｒ。位于幻段时，最大拉深力出现（图１），径向拉应力达到最大值，危险断面可能出现拉裂现象，则为临界压边力上限。板料各处的拉应力如下。

ｇ点的拉应力为：‰２

１．１％１ｎ是＋％（扩一１）＋ｉ：鳖

（７）

式中：匙为ｇ处半径（ｍｍ）；％为ｇ处平均应力强

度（ＭＰａ）。

凹模入口处矗点的拉应力为：

靠＝爨＋１．１西ｌｎ簧＋％

（８）

式中：Ｑ为压边力（Ｎ）；Ｒ＾为Ｊｌｌ处半径（ｍｍ）；

而为＾处平均应力强度（ＭＰａ）。

惫点的拉应力为：

靠２脚击＋１?１西ｈ簧＋态（９）

１。￡ｓｉ邴

式中：风为矗处半径（ｍｍ）；蟊为患处平均应力强

度（ＭＰａ）。

则危险断面户点的拉应力为：

嘶一缸＝是?卜＋１?堍１ｎ是＋亮］

（１０）

式中：Ｒ。为ｐ处半径（ｍｍ）。

锥形件不拉裂的临界条件［７’８］为唧≤ｃｒｂ，则可得到临界最大压边力为：

‰；奔?［务ｂ－１．１办１ｎ簧一荐嘉卜

譬（１．训ｎ是＋％）

（１１）

“』、＾

２压边力的取值

半圆筋锥形件拉深的过程中，随着拉深的进行压边力逐渐变化。为了避免外缘上抬以及拉裂现象，保证拉深顺利完成，所需的压边力必然在最大最小压边力两极值之间选择。图２所示为对ｓｐｃｃ板料在不同压边力下拉深锥形件的实验结果。板厚为

１．ｏ

ｍｍ，板坯直径为２７０ｍｍ。图中虚线表示根据

临界计算得到的最大最小压边力极值。实验表明：１，２试件施加压边力小于最小压边力拉深，产生外皱及拉偏使拉深不能持续进行；５，６试件施加压边

力大于最大压边力拉深，发生拉裂；而３，４施加压边力在最大最小压边力之间，则拉深顺利完成。

第２期刘建华等：半圆筋拉深锥形零件中临界压边力的计算

１０５

上浮，毛坯不起外皱，不拉裂。

参考文献：

［１］

林晓娟，李静，于宽，等．压边力对圆锥形件拉深成形的影响［Ｊ］．山东建筑大学学报，２００７，２２（２）：１３９—１４２．

［２］

王作成，韩福涛，崔国涛．圆锥形件变压边力拉深工艺的研究［Ｊ］．塑性工程学报，２００６，１３（２）：２５—２８．

［３］

板外缘瞬时半径置ｆ，ｍｍ

毛茂，李奇涵，王娟．变压边力控制拉深成形数值模拟与优化［Ｊ］．汽车工艺与材料，２００６，（１２）：１２—１４．

［４］

图２

Ｆｉｇ．２

马志超，郝新，李延君．曲面零件拉深筋的数值模拟［Ｊ］．锻压技术，２００７，３２（３）：１２０一１２２．

ｓｐｃｃ板料拉深压边力

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