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1、键入文字姓名： 学号：班级：航空宇航制造工程系机电学院西北工业大学板料成形性能测试实板料成形性能测试实 验验材料成形性实验1 1 / 6 6一、一、原理原理1.1 成形极限图板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性和定形性。影响板料冲压成形性能的因素较多，如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸、变形条件（变形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作水平等。板料的贴模性是指板料在冲压过程中取得模具形状的能力，定形性是指零件脱模后保持其在模具内所取得的形状的能力。影响贴模性的因素通常有成形过程中发生的内皱、翘曲、塌陷和鼓起等，这些几何面缺陷会使贴模性降低。在影响定形性的诸因素中，回弹是最主
2、要的因素。零件脱模后，常因回弹较大而产生较大的形状偏差。板料贴模性和定形性的好坏与否，是决定零件形状尺寸精确度的重要因素。抗破裂性则通常被作为评定板料冲压成形性能的指标。板料在成形过程中会出现失稳现象，即拉伸失稳和压缩失稳。拉伸失稳是板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂；压缩失稳是板料在压应力作用下出现皱纹。板料在失稳前可以达到的最大变形程度通常称为成形极限。成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。总体成形极限反映板料失稳前某些特定的总体尺寸可以达到的最大变形程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻边系数等均属于总体成形极限。总体成形极限常用作工艺设计参数。局部成形极限反映板料失稳前局部尺寸
3、可以达到的最大变形程度，如成形时的局部极限应变即属于局部成形极限。成形极限图（Forming Limit Diagrams,缩写 FLD）是板料在不同应变路径下的局部失稳极限和（工程应变）或和（真实应变）构成的条带形区域或曲线，它全面反映了板料在单向1e2e12和双向拉应力作用下的局部成形极限，由 Keeler 和 Goodwin 等人在 60 年代中期提出的。成形极限图为定性和定量研究板料的局部成形性能奠定了基础。在此之前，板料的各种成形性能指标或成形极限大多以试样的某些总体尺寸变化到某种程度（如发生破裂）来衡量，而这些总体成形性能指标或成形极限不能反映板料上某一局部危险区的变形情况。成形极
4、限曲线将整个图形分成如 1 所示的三个部分：安全区、破裂区及临界区。100806040200 -40-30-20-100102030 %2安全区破裂区1(%)临界区临界区40材料成形性实验2 2 / 6 6图 1 成形极限图成形极限图既可在实际冲压生产中积累数据确定，也可通过实验方法确定。实验时，首先在试件表面复制网格圆图案 （图 2），然后冲压试件直到破裂，测量破裂部位或其附近的网格圆变形后的长、短轴尺寸（图 3），计算失稳极限应变。图 2 网格圆图案网格圆畸变出现的三种情况：图 3 网格圆畸变失稳极限应变的计算方法：工程应变： 真实应变： %100%100002 2001 1dddeddd
5、e 2 02 21 01 11lnln1lnlneddedd式中： 网格圆初始直径；0d网格圆畸变后的长轴尺寸；1d网格圆畸变后的短轴尺寸；2d成形极限图可以用来评价板料的局部成形性能，成形极限图的应变水平越高，板料的局部成形性能越好。从成形极限图所在主应变平面的原点引一条直线与其相交，交点坐标就是板料在该直线代表的应变路径下所能达到的失稳极限应变。将成形极限图与应变分析的网格法结合起来，可用来材料成形性实验3 3 / 6 6分析解决许多现场生产问题。成形极限图可以在冲压成形工艺的计算机辅助设计中应用，利用它判别工艺制定是否合理，使冲压技术向更高水平发展。1.2 胀形试验实际应用的成形极限图是
6、通过试验方法，即胀形试验，确定的。胀形试验是利用模具强迫板料厚度减薄、表面积增大以获取零件几何形状的冲压加工方法。胀形可以用不同的方法实现，如刚模胀形、橡皮胀形和液压胀形。纯胀形时，毛坯被带有拉深筋的压边圈压死，变形区被限制在拉深筋以内的毛坯中部。在凸模力的作用下，变形区大部分材料受双向拉应力作用（忽略板厚方向的应力），沿切向和径向产生拉伸变形，使板料的厚度减薄，表面积增大，并在凸模上形成一个凸包。胀形成形极限以零件是否发生破裂来判断。由于胀形方法不同，成形极限的表示方法也不同。纯胀形时，常用成形高度表示成形极限。一般来说，胀形破裂总是发生在材料厚度减薄最大的部位，所以变形区的应变分布式影响胀
7、形成形极限的重要因素。影响胀形成形极限的材料因素主要是延伸率和应变硬化指数。一般来说，延伸率大，板料破裂前允许的变形程度大，成形极限也大。应变硬化指数 n 值大，应变硬化能力强，可促使应变分布趋于均匀化，同时还能提高材料的局部应变能力，故成形极限也大。另外，润滑条件和变形速度以及材料厚度对胀形成形极限也有影响。图 4 胀形成形 图 5 胀形时的应力和应变材料成形性实验4 4 / 6 6二、二、实验实验2.1实验目的（1）通过与单向拉伸试验比较，对复杂应力、应变状态有一定的认识。（2）通过印制网格，运用液压胀形工艺，利用工程显微镜或数码照相进行应变测试，计算该材料成形极限，并且绘制成形极限图，确
8、定该材料的成形范围。2.2实验材料、使用工具及仪器设备（3）材料：厚度为 1mm 的铝板。（4）工具：球头模具、工程显微镜或数码相机、量尺。（5）设备：液压胀形实验台。2.3实验内容及步骤本实验在不同宽度试件上印制圆形网格的基础上,分别进行刚性凸模胀形试验,直至试件出现颈缩线为止,然后用工具显微镜或数码照相法测量与颈缩线最临近处网格的变形量,计算出对应的两个应变值，从而确定成形极限图。试验时,刚性凸模与试件之间用多层聚乙烯薄膜加机油润滑。具体的试验方法如下所述：1)在实验用坯料上制备好坐标网格，然后测出试件表面网格圆的原始直径，读数准确到0.01mm。为了减小误差，分别测出 3 个网格圆的互相
9、垂直方向（可取板材轧制方向的纵向和横向）上的直径，并记入表 1。2)在胀形装置上以一定的加载方式使坯料产生胀形变形，至试件刚刚出现裂纹为止，测出试件破裂或靠近裂纹的椭圆网格长轴和短轴直径，读数准确到 0.01mm，并记入表 2。3)改变坯料尺寸或加载条件，重复 2）项试验，将得到的数据填入表 2；4)取得一定量的数值后，计算出应变、（长、短轴方向），然后在平面坐标图上描绘出各12试验点，然后圆滑连线，作出 FLD。表 1圆 1圆 2圆 3平均原始直径0d（六个实测直径的平均值）01d材料成形性实验5 5 / 6 602d表 21d12d2椭圆 1椭圆 2椭圆 3椭圆 4椭圆 5椭圆 6椭圆 7椭圆 8椭圆三、三、实验报告实验报告1.板料变形前后网格的变化情况2.绘制板料成形极限图3.主要结论4.实验建议及改进措施
