成形極限
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-12
成形極限的視頻教程
章節(jié)六、simufact.forming14.0鈑金深沖
要點： 1）彈簧設(shè)置（壓邊圈壓邊力） 2）鈑金成形軋制方向（各向異性考慮） 3）鈑金深沖中成形極限 4）幾何模型導入處理方式推薦 5）成形控制中階段控制、結(jié)果輸出選項，溫度、重力考慮選項 步驟方法：（六大要素） １）幾何模型：見CAD文件 ２）材料模型：DB.DC04_ck_Barlat ３）設(shè)備參數(shù)：液壓機 50 mm/s ４）摩擦條件：0.1 ５）溫度條件
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成形極限的實例教程
破裂減薄率代表板料厚度變形能力的極限，不同應變狀態(tài)的厚度極限比較接近，所以破裂減薄率判據(jù)可以預測FLD整個區(qū)域的分布趨勢；但破裂減薄率的缺點在于預測結(jié)果精度還有待提高，特別是提高平面應變區(qū)附近的預測精度。
綜上所述，對于FLD左半邊的預測，推薦采用失穩(wěn)減薄率判據(jù)，右半邊推薦使用破裂減薄率判據(jù)。即
7。結(jié)論
本文從實驗數(shù)據(jù)入手，結(jié)合數(shù)值模擬方法，對鋼材ST14破裂后厚度分布和厚度分布梯度進行了分析，進行了以失穩(wěn)減薄率和破裂減薄率為判據(jù)的成形極限預測，主要結(jié)論如下：
1。可以從厚度分布和厚度梯度分布變化的角度進行分散失穩(wěn)區(qū)和集中失穩(wěn)區(qū)的劃分，厚度梯度比厚度對集中性失穩(wěn)更為敏感。
2。失穩(wěn)減薄率據(jù)能夠較準確地預測拉一壓區(qū)成形極限圖，但由于不能反映應變狀態(tài)的影響，無法預測拉一拉區(qū)成形極限；破裂減薄率雖然拉一壓區(qū)的預測準確度不及失穩(wěn)減薄率判據(jù)，但所得結(jié)果能夠表現(xiàn)整個區(qū)域成形極限曲線的變化趨勢。
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展開 在五金沖壓加工廠，為了最大限度的提升沖壓件的壓縮成形能力，經(jīng)常要采取一些措施來使沖壓材料達到其成形極限。下面來看下都有哪些措施能提高金屬沖壓件的這種壓縮成形極限。
1）提高傳力區(qū)的承載能力、降低變形區(qū)的變形抗力及摩擦阻力。壓縮類變形的破壞形式主要是傳力區(qū)受拉失穩(wěn)破裂和變形區(qū)受壓失穩(wěn)起皺。為防止破裂和起皺，可采用彈性凹模拉深和凸模加熱拉深等方法使成形極限得到提高。拉深時選用屈強比低的材料，也能實現(xiàn)“承載能力高變形抗力低”易于成形的目的。
2）防止失穩(wěn)起皺。在拉深中，采用壓力圈，設(shè)計具有較高抗失穩(wěn)能力的中間半成品形狀，以及采用厚向性指數(shù)大的材料，都有利于提高壓縮類變形的成形極限。
3）采用降低變形抗力為主要目的的退火。如多次拉深的中間退火，其根本作用是提高傳力區(qū)承載能力與變形區(qū)變形抗力的比值，這與伸長類變形以恢復材料塑性為主要目的的退火有很大的差別。例如以極限拉深變形進行一次拉深后，如不退火，仍然可以進行下一次變形程度較小的拉深工序，這是由于材料的受力情況已改變，拉深仍能順利進行。而以極限翻邊變形進行加工后，如不退火提高塑性，再進行翻邊則不可能實現(xiàn)，因為材料的逆性已經(jīng)用盡，即使采用小的變形程度也不行。
展開 沖壓件廠為了實現(xiàn)用最少的成形工序成形制件，必須提高材料的成形極限。
沖壓件廠家提高沖壓件材料伸長類變形成形極限的方法有以下幾種：
1.伸長類變形的拉裂是因為局部過度變薄而出現(xiàn)的，因此應盡量減少局部的集中變形，使總體均勻變形程度增加，如在脹形時潤滑凸模可使變形趨于均勻，采用硬化指數(shù)高的材料也能防止產(chǎn)生過分集中的局部變形，使脹形、翻邊、擴口等伸長類變形的成形極限提高
2.在工藝上采用變形前退火，多次成形的中間退火，來消除坯料沖裁斷面的硬化層和前道成形工序中形成的硬化，提高材料的成形極限；
3.沖壓件毛坯邊緣的毛刺、裂紋、硬化層等因素都會導致材料破裂，因此在成形前對坯料清除毛刺、整修邊緣均可減少伸長類變形的破裂現(xiàn)象。
展開 在沖壓件的沖壓成形過程中，為實現(xiàn)用最少的成形工序成形制件，必須要提高材料的成形極限。下面介紹下提高沖壓件伸長類極限的方法。
提高金屬沖壓件的伸長類變形成形極限的措施有：
1） 減少變形不均勻程度。伸長類變形的拉裂是因為局部過度變薄而出現(xiàn)的，因此應盡量減少局部的集中變形有，使用總體均勻變形有程度增加，如在脹形時潤滑凸模具可使變形趨于均勻，采用硬化指數(shù)高的材料也能防止產(chǎn)生過分集中的局部變形，使用脹形、翻邊、擴口等伸長類變形的居形極限提高；
2） 提高材料的塑性。提高材料塑性在工藝上采用變形前退火，多次成形的中間退火，以消除坯料沖裁斷面的硬化層和前道具成形工序中形成的硬化，提高材料的成形極限；
3） 修整毛坯邊緣。毛坯邊緣的毛刺、裂紋、硬化層等因素都會導致材料破裂，因些在成形前對坯料清除毛刺、整修邊緣，均可減少伸長類變形的破裂現(xiàn)象。
展開 五金沖壓的成形工藝是通過五金沖壓加工原材料--板料的局部變形來改變毛坯的形狀和尺寸的工序總稱，脹形就是常見的成形工序之一。
所謂脹形，就是指利用模具強迫沖壓加工材料厚度減薄和表面積增大，得到所需要的幾何形狀和尺寸的五金沖壓制件的冷沖壓工藝方法。
五金沖壓件的脹形工藝與拉深工藝不同，毛坯的塑性變形局限于變形區(qū)范圍內(nèi)，材料不向變形區(qū)外轉(zhuǎn)移，也不從外部進入變形區(qū)內(nèi)，是靠毛坯的局部變薄來實現(xiàn)的。
脹形按五金沖壓制件的形狀分為平板毛坯的局部脹形（也叫起伏成形）和空心毛坯的脹形，；按脹形模具來分，有剛模脹形和借助液體、氣體及橡膠成形的軟模脹形。
在一般情況下脹形變形區(qū)內(nèi)的金屬不會產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。而是表面光滑。這是由于拉應力在毛坯的內(nèi)外表面分布較均勻，彈復較小，工件形狀起伏容易凍結(jié)，尺寸精度容易保證。
脹形的成形極限是指金屬沖壓制件在脹形時不會產(chǎn)生破裂所能達到的最大變形。由于脹形方法、變形在毛坯變形區(qū)內(nèi)的分布、模具結(jié)構(gòu)、工件形狀、潤滑條件及材料性能的不同，各種脹形的表示方法也不相同。純脹形時常用脹形深度表示；管狀毛坯脹形時常用脹形系數(shù)表示；其它脹形方法成形時分別用斷面變形程度、許用凸包高度和極限拉形系數(shù)表示成形極限。
影響脹形成形極限的因素主要是材料的伸長率和材料的硬化指數(shù)，材料的伸長率大則材料的塑性大，所允許的變形程度大，其成形極限大，對脹形有利；材料的硬化指數(shù)大，則變形后材料硬化能力強，擴展了變形區(qū)，使脹形應力分布趨于均勻，使材料局部應變能力提高，因此成形極限大，有利于脹形變形。
工件的形狀和尺寸也影響脹形時的應變分布。當用球頭凸模具脹形時，其應變分布均勻，各點應變量較大，能獲得較大的脹形高度，其成形極限較大。
良好的潤滑可使凸模與毛坯間摩擦力減小，從而分散變形，應變分布均勻，增加脹形高度。
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成形極限的最新內(nèi)容
圖3 零件成形極限
圖4 零件厚度分布
圖5 零件回彈量分布
由圖3可知，零件成形極限大部分區(qū)域處于安全狀態(tài)，未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，只有少部分區(qū)域處于起皺狀態(tài)，零件是內(nèi)板件少部分起皺不會對性能造成很大影響；由圖4可知，零件的最小厚度為1.349 mm, 最大厚度為1.606 mm, 對應的最大減薄率為10.1%,最大增厚率為7.1%,2個評價指標均在允許范圍內(nèi)；由圖5可知，零件的最大回彈量為
[5] 毛華杰，趙耀寧，蘭箭.帶縱筋平板的軋制成形規(guī)律與極限研究[J].鍛壓技術(shù)，2020,45(8):49-55.
[6] 謝亞琳，馮瑋.芯輥進給速度對T形環(huán)約束軋制成形的影響[J].熱加工工藝，2020,49(7):98-101.
[7] 郭麗麗，郭浩然，汪建強，等.軋制工藝對連續(xù)擠壓AZ31鎂合金板材成形性的影響[J].塑性工程學報，2021,28(7):56-63.
該研究以鎂合金單板為研究對象，在擴展的Gurson-Tvergarrd-Needleman (GTN)損傷模型的基礎(chǔ)上，通過修正剪切損傷的演化機制，提出了一種新的GTN損傷模型，該模型能夠顯著提高負應力三軸度下材料成形極限的響應精度并能準確反映軋制過程中裂紋的形貌及位置。有限元分析顯示鎂合金邊部的高應力三軸度是引起邊部裂紋的重要因素。
如下圖所展示的案例，為基于成形極限（FLD）模型對起皺開裂的預測，且與實際沖壓結(jié)果進行對比，仿真預測開裂位置與實際開裂位置相對應。通過基于成形極限模型的沖壓仿真可以精確預測開裂缺陷。
另外，Simufact forming還可以基于斷裂模型，進行沖壓過程中開裂演變進行仿真分析。
同時，熱沖壓成形過程中不同溫度下鋼板的成形極限、流動應力本構(gòu)模型、鋼板與模具間摩擦系數(shù)差別很大。因此，熱沖壓成形后性能、尺寸除與熱成形鋼板有關(guān)外，還與熱沖壓生產(chǎn)線、模具、熱沖壓工藝等因素相關(guān)。
新增算法
3.1 新增FLD鈑金成形失穩(wěn)算法
新的鈑金沖壓采用六面體單元，在拉伸失穩(wěn)計算預測方面，可輸入材料的FLD成形極限云圖。在前處理材料破壞準則或后處理FLD結(jié)果里均可輸入FLD橫向及縱向應變數(shù)據(jù)，預測沖壓拉伸后不同位置的裂紋、起皺、拉伸不足等缺陷。
如下圖所展示的案例，為基于成形極限（FLD）模型對起皺開裂的預測，且與實際沖壓結(jié)果進行對比，仿真預測開裂位置與實際開裂位置相對應。通過基于成形極限模型的沖壓仿真可以精確預測開裂缺陷。
另外，Simufact forming還可以基于斷裂模型，進行沖壓過程中開裂演變進行仿真分析。
它的優(yōu)點主要有：
①在摩擦保持效果壓力作用下，板料與凸模之間形成摩擦保持效果，這樣可增強凸模圓角區(qū)板料的承載能力，提高成形極限，從而減少成形次數(shù)。
②流體潤滑效果液室中液體壓力作用使得板料緊貼在凸模上，液體在凹模上表面和板料下表面之間形成流體潤滑，這樣可減少零件表面劃傷，使零件質(zhì)量好，尺寸精度高，壁厚分布均勻。
成形極限圖（見圖6）用不同顏色表示零件的成形情況，點擊不同顏色區(qū)域可以定位到當前零件處于該顏色所代表的狀態(tài)的位置，從而直觀地了解板料在沖壓過程中材料的流動情況，方便根據(jù)所產(chǎn)生的問題進行修模或調(diào)整參數(shù)。
圖4 初步模擬結(jié)果中的開裂
圖5 實際生產(chǎn)中的開裂
圖6 初步模擬成形極限圖
3.
李光耀等認為針對回彈模擬精度的問題，必須對材料成形極限曲線、變彈性模量、反向加載硬化指數(shù)（吉田-尚森模型）和各向異性參數(shù)進行系統(tǒng)研究，提出考慮相變效應的材料本構(gòu)模型以及本構(gòu)關(guān)系參數(shù)的獲取方法，建立針對先進材料的多尺度耦合仿真算法，才能獲得高可靠性計算結(jié)果。
（3）國內(nèi)模具企業(yè)新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備的應用效果不足。
