板料成形性基本理論

前言

　　薄板、薄壁管、薄壁型材等薄壁金屬可以統(tǒng)稱為板金材料，在本書中簡稱板料或板材。以板材為原料加工成的各種零件在航空、宇航、汽車機(jī)車、電機(jī)電器、食品包裝、日用五金、建筑等工業(yè)部門都獲得了廣泛應(yīng)用。而生產(chǎn)板料的企業(yè)以及把板料加工成板料制品的加工企業(yè)，已是我國國民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)十分重要的部門?！　〗饘侔辶洗蠖囗毥?jīng)塑性加工成各種形狀的零件后才能在產(chǎn)品上使用，因此板料加工中的主要問題和困難大多是關(guān)于成形方面的，這樣便出現(xiàn)了板料的成形性問題。板料的成形性好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的成本和使用性能。目前，我國許多產(chǎn)品要用進(jìn)口板料生產(chǎn)，其原因就是國產(chǎn)板料的成形性差，不能用于相關(guān)的產(chǎn)品上。為此，如何評(píng)價(jià)和改善板料本身的成形性能，如何選擇所需要的板料和充分利用其成形性能，已成為板料生產(chǎn)和加工者十分關(guān)心的問題。自20世紀(jì)80年代以來，我國也進(jìn)行了這一系列問題的研究，并取得了一些可喜的研究成果，有的已達(dá)到國際先進(jìn)水平。同時(shí)有關(guān)這方面的國內(nèi)、外資料也大量涌現(xiàn)。近年來冶金、機(jī)械部門的學(xué)校和科研、生產(chǎn)單位已普遍重視板料成形性的研究工作，并已有少數(shù)學(xué)校給本科生或研究生開設(shè)此課程。但是，由于至今國內(nèi)在系統(tǒng)論述和總結(jié)板料成形性這方面科研成果的論著幾乎空缺，給進(jìn)一步的研究和教學(xué)工作帶來較大困難。有鑒于此，筆者結(jié)合自己多年的科研實(shí)踐以及國內(nèi)、外研究成果，總結(jié)歸納后編撰了此書。有關(guān)板料成形性問題，筆者在“反映材料正交異性的廣義抗力曲線數(shù)學(xué)模型研究”“板料塑性拉伸變形失穩(wěn)機(jī)理研究”及“材料物性參數(shù)辨識(shí)與應(yīng)變控制”等項(xiàng)國家自然科學(xué)基金，以及“飛機(jī)展開樣板數(shù)字化設(shè)計(jì)及成形過程多步模擬”863計(jì)劃項(xiàng)目和“基于反向模擬法的沖壓成形性分析與工藝優(yōu)化"航空基金等項(xiàng)目資助下進(jìn)行了全面而又深入的研究。書中所述內(nèi)容多是以筆者多年來對(duì)板料成形性問題研究的素材為基礎(chǔ)，主要內(nèi)容作為科研成果曾在國內(nèi)、外本專業(yè)主要期刊和會(huì)議上發(fā)表過。

內(nèi)容概要

　　《板料成形性基本理論》系統(tǒng)地闡述了板料成形性基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用。全書分為8章，其主要內(nèi)容包括板料的塑性異性現(xiàn)象、塑性異性理論及應(yīng)用，板料的變形抗力曲線方程，板料拉伸失穩(wěn)與極限應(yīng)變，材料物性參數(shù)的識(shí)別及其在成形過程控制中的應(yīng)用，板料模擬成形性試驗(yàn)方法，成形性評(píng)估參數(shù)在典型成形工藝中影響的定性、定量分析，復(fù)雜鈑金件毛坯展開設(shè)計(jì)，以及板料沖壓零件可成形性的逆向分析模擬方法及其應(yīng)用。與同類書相比，《板料成形性基本理論》的特點(diǎn)是系統(tǒng)性強(qiáng)，定量計(jì)算多，特別是書中所介紹的新的科研成果，能與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合?！　　栋辶铣尚涡曰纠碚摗肥菫閺氖骡k金制品生產(chǎn)和制造的工程技術(shù)人員、科學(xué)研究人員編寫的，同時(shí)也可作為高等院校有關(guān)專業(yè)的教材。

書籍目錄

第1章 概述1.1 板料成形性能1.2 板料成形中的應(yīng)力、應(yīng)變分析第2章 板料塑性異性理論2.1 TC1鈦板的機(jī)械性能及其異性情況2.2 各向異性屈服準(zhǔn)則簡介2.3 Hill異性屈服準(zhǔn)則及其簡化形式2.4 面內(nèi)異性材料的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)第3章 板料的變形抗力曲線3.1 單向拉伸試驗(yàn)3.2 材料變形抗力曲線方程的類別和優(yōu)選3.3 正交異性鈦板廣義變形抗力曲線方程第4章 板料成形極限4.1 成形極限曲線4.2 分散和局部性失穩(wěn)準(zhǔn)則及成形極限圖預(yù)測4.3 正交異性板的塑性拉伸失穩(wěn)特征及成形極限圖右部預(yù)測第5章 材料物性參數(shù)識(shí)別與應(yīng)用5.1 材料參數(shù)識(shí)別5.2 Hill新屈服準(zhǔn)則m值識(shí)別及應(yīng)變控制第6章 板料成形性試驗(yàn)與成形性評(píng)估6.1 基本成形性與模擬成形性6.2 圓孔翻邊成形極限的確定第7章 板料成形性分析7.1 基于理想成形理論的成形過程模擬方法7.2 理想成形理論在殼體零件成形性分析中的應(yīng)用7.3 基于理想成形理論的增量分析7.4 理想成形理論在多步成形中的應(yīng)用7.5 板料多步拉深成形工藝參數(shù)優(yōu)化第8章 復(fù)雜鈑金件毛坯展開設(shè)計(jì)8.1 幾何映射展開方法概述8.2 基于勢流原理的分層展開8.3 基于外法向的射線展開參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 概述性、疲勞特性和斷裂強(qiáng)度在橫向（垂直于纖維方向）上比長度方向（沿纖維方向）上的低。上述各向異性在評(píng)價(jià)板料成形性能的試驗(yàn)中應(yīng)加以考慮?！　?.1.3 板料成形時(shí)的缺陷　　一般來講，確定的某種工藝和確定的材料決定了一定的缺陷。然而，板料撕裂這種最常見的缺陷可以在任何只有壓縮和拉伸的成形過程中看到。撕裂的先兆是產(chǎn)生變薄或局部頸縮現(xiàn)象，這樣就有可能產(chǎn)生雖無斷裂但卻質(zhì)量不佳的部分?！　×硗鈨煞N類型的板料成形缺陷是折疊與起皺，這是由于板料受壓力作用而產(chǎn)生的。扭曲則是由于板料各個(gè)方向上受拉不均勻所致。如果在沖壓中不消除這類缺陷，而是讓其出現(xiàn)在已成形的零件表面部分，往往也是不可接受的。另外，這些缺陷的發(fā)展也能阻礙金屬向模具內(nèi)的流動(dòng)，而使成形過程無法順利完成。例如，在板料拉深中，由于起皺而造成的金屬流動(dòng)受阻將會(huì)直接導(dǎo)致板料的撕裂。　　其他與大型薄板零件相關(guān)的缺陷主要是實(shí)際形狀與預(yù)期的形狀不一致，這是由于材料的彈性回復(fù)造成的。通?？梢圆扇辶蠌澢晕⑦^度的方法補(bǔ)償彈性回復(fù)造成的偏差，這樣就可以在零件從模具中取出之后得到預(yù)期的形狀。由于回彈，在大型汽車覆蓋件生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)常見的所謂“金屬松弛”的缺陷。這是由于零件上某些回彈的區(qū)域沒有產(chǎn)生足夠的塑性變形以使其從模具中取出之后仍保持拉緊的形態(tài)，這就產(chǎn)生了“金屬松弛”現(xiàn)象。另外，其他一些類型的缺陷也會(huì)在成形時(shí)出現(xiàn)，其中，“鱷魚皮”狀缺陷則是由于呂德斯線會(huì)在沸騰鋼中出現(xiàn)而產(chǎn)生的，相似的缺陷也會(huì)在鋁合金板中出現(xiàn)。大的晶粒使金屬表面變得粗糙（像“橘皮”），這會(huì)降低金屬表面光潔度，這種缺陷在一些不外露的板料表面上是允許的?！　∧＞叩臓顩r（如剪切不鋒利）也可導(dǎo)致諸如在剪切邊緣和孔邊出現(xiàn)毛刺的現(xiàn)象，而毛邊上的細(xì)小裂紋會(huì)在以后的成形加工（或者零件使用）中引起大的裂紋。因此，這些都是不允許的。潤滑不良以及模具與板料接觸面之間金屬碎屑的積累，將會(huì)引起板料刮傷、粘接，或出現(xiàn)擦痕。　　1.1.4 板料成形性能分析　　簡單地說，一張板料經(jīng)加工成為有用的形狀，產(chǎn)生所需形狀的變形總和叫做成形應(yīng)變。成形應(yīng)變在沖壓變形中不是一直不變的，實(shí)際上，它可能從一點(diǎn)到另一點(diǎn)就產(chǎn)生劇烈的變化。如果板料成形時(shí)，某一點(diǎn)達(dá)到了板料極限變形能力，即說明板料達(dá)到了成形極限，超過這一點(diǎn)，板料就會(huì)破裂，這個(gè)沖壓件也就是一個(gè)廢品了。也就是說，零件上99%的部分沒有超過成形極限并不重要，但只要有一點(diǎn)的變形超過成形極限，板料即被破壞。通過評(píng)估成形應(yīng)變的程度和材料的成形極限，可以設(shè)計(jì)出避免沖壓破壞的方法。這一過程就叫做板料成形性能分析。　　基本的成形性能分析主要包括以下四個(gè)方面：　?。?）確定成形應(yīng)變并知道從一點(diǎn)到另一點(diǎn)應(yīng)變是如何變化的?！　。?）確定成形應(yīng)變在零件成形時(shí)某些特殊點(diǎn)上的應(yīng)變是如何增加的。　?。?）確定板料成形極限。成形極限一般用成形極限圖或成形極限曲線來表示?！　。?）綜合考慮工具、壓力、板料金屬、潤滑對(duì)增加或減少成形應(yīng)變因素的影響。

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