正文 6.1 拉延變形過程分析(2 / 2)

6.1.2拉延過程中毛坯的應力與應變狀態

在實際生產中,我們發現拉延件各部分的厚度是不一致的。一般是:底部略有變薄,但基本上等於原毛坯的厚度;壁部上段增厚,越到上緣增厚越大;壁部下段變薄,越靠下部變薄越多;由壁部向底部轉角稍上處,則出現嚴重變薄,甚至斷裂。另外,沿高度方向,零件各部分的硬度也不一樣,越到上緣硬度越高。這說明,在拉延過程中的不同時刻,毛坯內各部分由於所處的位置不同,它們的應力應變狀態是不一樣的。為了更加深刻地認識拉延過程,了解拉延過程中所發生的各種現象,以便更好地為生產服務,下麵就來討論一下拉延過程中材料各部分的應力應變狀態。

設在拉延過程中的某一時刻,毛坯已處於情況。

根據應力應變狀態的不同,可將拉延毛坯劃分為五個區域。

Ⅰ——凹模口的凸緣部分這是小單元體由扇形變為矩形的區域,即拉延變形的主要區域。拉延過程主要在這個區域內完成。如前所述,這部分材料在徑向受拉應力σ1的作用和切向受壓應力σ3的作用,因而發生塑性變形,逐漸進入凹模。在厚度方向,由於壓邊圈的作用,產生壓應力σ2。在一般情況下,由於σ1和σ3的絕對值比σ2大得多,“多餘三角形”材料的轉移主要是向徑向延展,同時也向毛坯厚度方向流動而增加厚度。這時厚度方向的應變ε3是正值。由於越到外緣,需要轉移的材料越多,因此,越到外緣材料變厚越大,材料的硬化也越嚴重。

假若不用壓邊圈,自然σ2=0。這時的ε2要比有壓邊圈時大。而當“多餘三角形”較大、板料又較薄時,則在凹模口的凸緣部分,特別是最外緣部分,在切向應力σ3的作用下會失去穩定而拱起,即形成所謂“起皺現象”。

Ⅱ——凹模圓角部分這是一個過渡區,材料的變形比較複雜,除有與Ⅰ區相同的特點(即在徑向受拉應力σ1和切向受壓應力σ3的作用)外,還由於承受凹模圓角的壓力和彎曲作用而產生壓應力σ2。

Ⅲ——筒壁部分這部分材料已經形成筒形,材料不再發生大的變形。但是,在繼續拉延時,凸模的拉延力要經由筒壁傳遞到凸緣部分。因此,它承受單向拉應力σ1的作用,發生少量的縱向伸長和變薄。

Ⅳ——凸模圓角部分這也是過渡區域,它承受徑向和切向拉應力σ1、σ3的作用。同時,在厚度方向由於凸模的壓力和彎曲作用而受壓應力σ2的作用。

在這個區域中,筒壁與底部轉角處稍上的地方,由於傳遞拉延力的截麵積最小,因此產生的拉應力σ1最大。同時,因為在該處所需要轉移的材料最少,故該處材料的變形程度最小,冷作硬化最低,材料的屈服極限也就最低。因此在拉延過程中,此處變薄最為嚴重,成為整個零件強度最薄弱的地方,通常稱此斷麵為“危險斷麵”。倘若此處的應力σ1,超過材料的強度極限,則拉延件將在此處拉裂;或者即使未拉裂,但由於應力過大,材料在該處變薄過於嚴重,形成變薄超差而使工件報廢。

V——筒底部分此處材料在拉延前後都是平的,不產生大的變形,但由於凸模拉延力的作用(主要作用在凸模圓角部分),材料承受兩向拉應力,厚度略有變薄。

綜上所述,在拉延中經常遇到的主要問題是破裂和起皺。一般情況下,起皺不是主要的,因為隻要采用壓邊圈,增加σ2的作用即可解決。主要的破壞形式是破裂,但在一定條件下,主次也是會相互轉化的。