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1、锥形凹模缩口应力场分析与缩口力计算辽宁工学院(120001) 余载强 张广安吴树迎锦州华光电子管厂牛风祥摘要通过对锥形变形区和自由弯曲区的变形特点分析与应力场数学分析,建立了一种锥形凹模缩口应力场的数学模型和缩口力计算公式;探讨了各因素的影响和制约关系。进行了实验验证。所建模型和公式可用于设计和生产。关键词锥形凹模缩口应力场缩口力Analyses on stress field of necking of conicalfemale die and calculation of the necking forceYu ZhaiqiangZhang GuanganWu ShuyingNu fen
2、gxiangAbstractThe mathematical model for stress field of necking of conical female die,and calculation for-mula of the necking force are set up,by the characteristics analyses of deformation and mathematical analysesof stress field on conical reducing deformation range.Effect and relationship of eve
3、ry factors are discussed.The results have been verified by experiments.The model and formula can be applied for design and produc-tion.KeywordsConical female dieNeckingStress fieldNecking force一、前言缩口制品广泛用于电子、电器、航空、军工、民用食品等领域;其高效、优质、经济、强度高、刚度大等优点是别的制品所不及的。但有关缩口成形的理论分析和设计方法的文献资料甚少12;生产部门在产品设计、开发研制、工艺控
4、制和模具设计等方面的技术工作,仍主要靠经验和反复试验完成;不仅产品开发周期长、成本高;在生产过程控制方面也缺乏科学理论指导。本文通过对锥形凹模缩口在锥形变形区和自由弯曲区变形过程的力学分析,建立了反映缩口成形的应力分析规律的数辽宁省教委资助项目 男,58 岁,副教授收稿日期:1997-09-04学模型和缩口力计算公式;揭示了各影响因素间的内在联系。并通过实验进行了验证。可在生产中实际应用。二、应力场分析1.锥形变形区应力场分析锥形凹模缩口的变形过程如图 1 所示,工件毛坯在缩口力 P 的作用下,在自由弯曲区(2 区)发生类似自由弯曲的变形,在锥形变形区(1 区) 完成缩口的变形。在锥形变形区里
5、材料处于三向压应力状态,取单元体如图 2所示。沿母线方向列单元体受力平衡方程:(L1+dL1)dS 上= L1dS 下+dS 外+2 sind2 dS 侧(1)求得各面积元素15 图 1缩口原理图 21 区单元体平衡dS 上=t2t+2rcos+2tandtcos 锥形自由和 ddS 下=t2t+2rcos 型和于设用 ddS 外=1cos rsin+ttan lciodddS 侧=t dzcos将各面积元素代入(1)式, 并利用下列关系式:sind2=d2sind=dd=tand进行变换整理,略去高阶无穷小项化简后得,12tcos2r cos+t all ydL1=nr cos+tio#i
6、pdZ+ttan(-L1)dZ(2)沿单元体壁厚外法线方向列平衡方程得ncosrsin+ttan ec gdZd =2sind2costdZcos(3)利用关系式:sind2 d2d=dcos对(3)式进行整理化简得nrcos+t 形区-变= t(4)将方程(2)、(4)式联立求解得 :r+tcos2-力计;揭示 d L1dZ+L1tan=(+tan) (5)在确定变形过程中单元体的塑性条件时,考虑到工件在壁厚方向上内侧为自由表面,外侧与凹模接触,其接触应力 n 比 和 L1 小得多(指绝对值);根据有关板料冲压理论34,可近似认为单元体的应力为平面应力状态:L1和 即为平面应力状态的两个主应
7、力。根据锥形变形区的变形特点,各主应变间的大小顺序为 80mm 时为 0.7mm;错位偏移时为0.5mm;冷却后允许误差0.4mm;允许重量误差时为1.7%。在试验台上对 AKP2500 自动楔式压机测得的数据:每小时加工 1800 个轿车用连杆(无盖帽的);两个形状相同同轴向排列的锻件; 厚度误差0.2mm(0.007);重量误差10g;材料利用率约为 72%。(6)影响质量的机器和过程参数影响质量的机器和过程参数有:生产线的工作状况;操作人员的素质; 使用材料的质量; 热隔离; 锻压设备的过程能力;压机的冲击力;变形能量; 由于压机膨胀系数很小, 因此刚性高;导向精确; 几何参数;在 0.1mm(0.004)的范围内可不中断生产来设定压机的滑块;模具加工的质量( 刻图一深度误差/模槽型腔部分)0.05mm; 模具寿命得到充分利用;模具的润滑喷洒; 过程监控等。(待续)王燕译郭毅勇校19
