哈工大研究生板材成型性能实验报告.doc

Harbin Institute of Technology实践环节实验报告课程名称： 金属板材成型性能测试与评价 院 系： 材料科学与工程学院 学 生： 孙巍 学 号： 14S109063 哈尔滨工业大学实践环节-杯突实验报告一、 实验目的1、学习确定板材胀形性能的实验方法；2、了解金属薄板试验机的构造及操作。二、实验内容将板材用模具压好，冲头以一定的速度冲压板材，直至板材出现裂缝为止三、实验原理板材的冲压性能是指板材对各种冲压加工方法的适应能力。目前，有关板材冲压性能的试验方法，概括起来可分为直接试验和间接试验两类。而直接试验法又包括实物冲压试验和模拟试验两种。模拟试验，即把生产实际存在的冲压成形方法进行归纳与简化处理，消除许多过于复杂的因素，利用轴对称的简化了的成形方法，在保证实验中板材的变形性质与应力状态都与实际冲压成形相同的条件下进行的冲压性能的评定工作。为了保证模拟试验结果的可靠性与通用性，规定了十分具体的关于实验用工具的几何形状与尺寸、毛坯的尺寸、实验条件。杯突实验是目前应用较多，而且具有普遍意义的模拟试验方法之一。杯突实验时，借助杯金属薄板试验机进行。用一规定的球状冲头向夹紧于规定球形凹模内的试样施加压力，直至试样产生微细裂纹为止，此时冲头的压入深度称为材料的杯突深度值。板材的杯突深度值反映板材对胀形的适应性，可作为衡量板材胀形、曲面零件拉深的冲压性能指标。四、实验设备及用具试验机一台、杯突实验模具、游标卡尺、深度尺等。五、实验步骤1、先了解金属薄板试验机的结构、原理和操作方法，了解各按钮的作用；2、装好模具；3、把试样清洗干净，在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂上润滑油，把试样放在下模上。4、将下模向上提起，压好试样。按下压边按钮，设定压边力。5、按中心活塞上行按钮，注意观察试样。当试样圆顶附近出现有能够透光的裂缝时，迅速停止。6、将下模向下移动，然后将冲头向下移动，取出试件。7、实验完毕后，将模具拆下。实践环节-拉深实验报告一、 实验目的1、了解拉深过程中拉深系数(或毛坯直径)、润滑、压边圈、凸凹模间隙、拉深高度等因素对拉深件质量的影响。2、了解液压机的工作原理与基本操作。二、实验内容 将一直径为80mm的圆形板材，以一定的压边力和压边速度，完全压入上模具内。三、实验原理板料加工阶段需要的加工的性能叫做冲压性，一般包括冲剪性、成形性、和定形性三个方面，其中成形性是板材适应各种加工的能力，但多数板料零件都需要成形工序，是平板毛料变成一定形状的零件。板料成形方法很多，所以研究时可对成形方法进行分类，一般按材料再成形过程中所承受的变形方式来分类，可分为：弯曲变形、压延变形、胀形（还包括拉形、局部成形）、拉深成形（包括单向拉深、翻边、凹弧翻边等）、收缩变型（包括收边、管子缩颈、受口、凸翻边等）、体积成形（包括旋薄、变薄压延、喷丸成形、压印等）。一般所谓的板料的成形性中最为重要的是成形极限的大小，板料成形过程中存在两种成形极限，一是起皱，另一个是破裂。成形极限可以用“发生起皱前，材料能承受的最大变形程度来表示，可理解为板料在发生破裂前能够得到的变形程度，也就是普通所谓的“塑性”。由于板料成形性能随变形程度、牌号、成形方式、生产方式等因素影响，所以评定一种板料成形性能的指数既要把各种主要因素考虑进去又要尽量少。板料的成形性能，目前的主要研究是拉深和胀形两种方式。对金属薄板冲压成形时，可对某些材料特性或工艺参数提出要求，它们统称为特定成形性能指标。评定金属薄板的成形等级时，可对某种模拟的成形性能指标提出要求确定的试验有：a.胀形性能指标；b.“拉深+胀形”复合成形性能；c.拉深性能指标。四、实验设备及用具拉深模一套、液压机一台、游标卡尺、棉砂、机油，圆形板材等。五、实验步骤1、准备实验用工具和样件；2、检查设备，了解设备使用方法；3、将拉深模整体放到液压机工作台上，提起上模（导柱、导套不要脱开），将圆形板材放入下模定位圈内，提起下模让其与上模压好板材，设定压边力和拉伸速度，开动液压机，将板材完全拉深到上模内，停车后打开模具，取出工件，观察工件凸缘的起皱现象；b)a)六、实验数据及结果分析e)d)c)图a) b) c) d) e) 拉深试样的各角度观察图图a)为试样的内边视图，从图中可以看出，拉深试样的内边光滑完整，并无明显的裂纹缺陷。但图片最顶端能看到有一些不平整，用手触摸有凹凸不平感，分析可能是压边力稍小，出现轻微的起皱现象。而且边部与拉深前相比，更加凸显金属光泽。图b)为试样的底部视图，从图中可以看出，拉深试样的底部光滑平整，无裂纹。过度圆角处没有明显的减薄现象，整个试样的厚度比较均匀。图c)和图d)为试样内的底部视图，从图中可以看出，其光滑平整。图中出现的划痕为拉深前，板材打磨留下。试样并没有在划痕处产生应力集中，由此开裂。图e)为试样的外部侧视图，从图中可以看出，该处有一明显划痕，分析可能是因为模具内部有不平整凸起处，所以产生划痕。除此处，外部比较平整，能看出板材有明显的竖向织构。同时在侧向能清晰的看出，拉深试样出现四个凸耳。f)图f)为拉深试样的力-位移曲线图f)为试样的力-位移曲线。从图中可以看出，拉深开始阶段，力和位移呈线性关系，之后曲线慢慢变得平缓，最后快速下降。曲线开始的线性阶段为板材变形的弹性变形阶段，平缓段为压边圈处的板材逐渐进入模具内部，缓慢上升处出现的两个凹点是试验时，试验机参数忽然跳动造成的。而在平缓阶段的末端出现一个明显的上升，而后下降，是因为板材在最后的拉深处出现了少量的起皱，在把这些少量的起皱拉深入模具时，拉力会突然增大。但由于拉力的大小没有超过板材的断裂极限，所以板材并没有断裂，还是被拉深入模具内部。七、拉深实验数值模拟1、所用模拟软件介绍DYNAFORM软件是美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形数值模拟的专用软件，是LS-DYNA求解器与ETA/FEMB前后处理器的完美结合，是当今流行的板料成形与模具设计的CAE工具之一。在其前处理器(Preprocessor)上可以完成产品仿真模型的生成和输入文件的准备工作。求解器(LS-DYNA)采用的是世界上最著名的通用显示动力为主、隐式为辅的有限元分析程序，能够真实模拟板料成形中各种复杂问题。后处理器(Postprocessor)通过CAD技术生成形象的图形输出，可以直观的动态显示各种分析结果。Dynaform 软件基于有限元方法建立, 被用于模拟钣金成形工艺。Dynaform软件包含BSE、DFE、Formability三个大模块，几乎涵盖冲压模模面设计的所有要素，包括：定最佳冲压方向、坯料的设计、工艺补充面的设计、拉延筋的设计、凸凹模圆角设计、冲压速度的设置、压边力的设计、摩擦系数、切边线的求解、压力机吨位等。Dynaform软件可应用于不同的领域，汽车、航空航天、家电、厨房卫生等行业。可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹、成形刚度、表面质量，评估板料的成形性能，从而为板成形工艺及模具设计提供帮助。Dynaform软件设置过程与实际生产过程一致，操作上手容易。来设计可以对冲压生产的全过程进行模拟：坯料在重力作用下的变形、压边圈闭合过程、拉延过程、切边回弹、回弹补偿、翻边、胀形、液压成形、弯管成形。Dynaform软件适用的设备有：单动压力机、双动压力机、无压边压力机、螺旋压力机、锻锤、组合模具和特种锻压设备等。2、参数设置坯料几何尺寸：直径ds=80mm,板厚t=1mm模具几何尺寸：冲头直径dp=50mm,凹模直径 dd=80+2.2=82.2 mm,冲头圆角rp=4mm, 凹模圆角rd=6mm, 材料：AA6111, 363、操作过程一、模拟过程：绘制冲头，凹模，压边圈以及坯料： 网格的划分：在单元选项中选择曲面网格划分：对坯料采用part mesh，对工具采用tool mesh，对单元进行网格划分 设置工艺参数点选工具栏中的自动设置选项，弹出设定窗口：Type选择Double action，同时勾选Die&Punch。然后将弹出窗口的Title改为Test设置板坯： 然后定义板材的材料和厚度： 并在对称平面中选择四分之一对称，出现下图所示的集合位置后退出 定义工具：I）分别对不同的工具：冲头，凹模，压边圈选择对应的零件层 在positioning选项中，以凹模die为基准，调整工件位置：点选确定以完成工件参数的设定。设置工序：在工序选项中修改参数：closing中采取默认值，在drawing中做以修改：设置压边力为2000N，冲头运动距离为50mm。模拟：点选提交中的直接运行选项，运行模拟结果，提交计算：至此，前置处理结束。4、模拟实验结果点击后处理，进入dynaform后处理界面，打开“模拟.d3plot”文件，进入后处理模式：1、厚度变化规律由图可以看出，最终拉深试样的底部厚度几乎没有变化，最薄处出现在过度圆弧处，经过过度圆弧处向下，拉深试样的厚度慢慢变厚。但不存在不变形处。在试样尾部能看到少许的褶皱，这与实验结果相吻合。2、应变变化规律由最终应变规律变化图可以看出，试样的顶端几乎没有应变产生，过度圆弧处有非常大的应变产生，最终尾部产生较小应变。3、应力变化规律应力变化规律与应变变化规律分析类似，这里就不赘述了。4、板材成形极限上图为圆形板材的成型极限示意图5、拉深过程分析：通过对上述应力应变图的分析，可以看出，在拉深过程中，板材变形过度圆弧位置的应力和应变均处于一个最大值，导致板材在这样的位置减薄严重，在拉深过程中易出现破裂。同时对拉深过程的进一步分析可知，压边圈的力大小对于拉深过程有着重要的影响，本题选择的压边力为2000N，是一个较小的值，通过与其它组的对比可以看出，压边力选得小，那么会在压边的法兰位置出现起皱的现象。实践环节-胀形实验报告一、 实验目的1、了解和掌握胀形实验的方法和技能； 2、学会使用板材成形试验机；3、了解胀形主应变曲线的测定方法并利用实验结果来研究双向拉应力下的板材变形情况； 4、了解和掌握板材应变的基本测试知识，学会用网格分析板材冲压变形。二、实验内容1、了解板实验的试验原理和计算公式； 2、能够利用复制网格并对其变形前后进行测试的方法，计算出胀形后各点的应变值并作出主应变曲线和应变状态图，并用此来研究板材的变形情况。三、实验原理板材的胀形性能试验是测定板材冲压性能的一种工艺性试验。先将平板坯料试样放在凹模平面上，用压边圈压住试样外圈，然后，用球形冲头将试样压入凹模。由于坯料外径比凹模孔径大很多，所以，其外环不发生切向压缩变形，而与冲头接触的试样中间部分坯料受到双向拉应力作用而实现胀形成型四、实验设备及用具板材成形试验机、胀形模一副、试样、游标卡尺、棉砂、机油等。五、实验步骤1、准备工作 讲解实验原理和注意事项，试验机结构和工作原理与操作方法； 2、利用胀形模在板材成形试验机上对试样进行胀形； 3、利用工具显微镜测量胀形后的试样上与轧制方向平行，垂直和成45度方向的网格切向和径向尺寸并记录 4、计算各点的应变数值径向应变ln（dr/d0）切向应变ln（d/d0）d0：胀形前网格直径 Dr：胀形后网格直径 d：胀形后网格切向尺寸；5、全部试验完毕，拆下模具涂油保护；6、计算实验结果。