鈑金成形工藝的設(shè)計(jì)涉及很多因素，如模具尺寸、毛坯形狀、板料厚度、壓邊力、拉延筋抗力、摩擦、潤(rùn)滑等等。毛坯形狀的確定是鈑金成形工藝設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題。如果毛坯形狀合理，變形沿毛坯分布不均勻的現(xiàn)象就能夠得到明顯改善，成形極限也可有所提高，并能降低突耳高度，減少切邊余量，節(jié)約材料，而且能減少甚至能免去后續(xù)的修邊工藝，大大降低了生產(chǎn)成本；另一方面，合理的毛坯外形能改善成形過(guò)程中材料的應(yīng)變分布，減少缺陷的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
在生產(chǎn)實(shí)際中，有各種復(fù)雜形狀的直、斜壁拉深件和復(fù)雜形狀的覆蓋件。當(dāng)用沖壓方法制造這類零件時(shí)，為確保制件質(zhì)量和降低原材料消耗，使用合理尺寸和形狀的板料毛坯十分必要。確定合理的毛坯形狀并不容易，它是國(guó)內(nèi)外學(xué)者長(zhǎng)期努力探索研究的課題。盡管有很多學(xué)者一直在這方面進(jìn)行探索，但因鈑金成形是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，影響成形的因素太多，因而至今未能得到滿意的結(jié)果。
目前已經(jīng)提出了很多確定合理毛坯的方法。其中包括經(jīng)驗(yàn)法、幾何映射法、滑移線法、反向法、理想成形法、電模擬法、有限元法[1~6]。這些方法都是針對(duì)某一類鈑金件在一定假設(shè)的基礎(chǔ)上提出的。各有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。本文提出了一種物理模擬確定鈑金成形件毛坯形狀的新方法，定義為物理逆向法。
1、物理逆向法的理論基礎(chǔ)
物理逆向法是利用具有形狀可恢復(fù)性的高分子聚合物進(jìn)行模擬試驗(yàn)。使用實(shí)際的成形模具，由模擬材料制備出零件，然后對(duì)其進(jìn)行修邊，利用材料的形狀可恢復(fù)特性對(duì)修邊后的成形件進(jìn)行高溫退火展開(kāi)，得到一個(gè)平面高分子聚合物平板，將這個(gè)平板的外緣形狀作為鈑金成形件的毛坯形狀。此方法主要是利用模擬材料的形狀可恢復(fù)性和模擬試驗(yàn)的相似性原理。
(1) 相似性原理
使用模擬材料進(jìn)行物理試驗(yàn)時(shí)模擬材料和原型材料必須符合相似理論，鈑金成形中要求的力學(xué)相似條件[7，8]有：
① 應(yīng)力應(yīng)變相似性的判別，當(dāng)模擬材料與原型材料的曲線重合時(shí)，兩者的σ-ε曲線完全相似，其中：σ為應(yīng)力，σS為屈服強(qiáng)度，E為彈性模量，ε為應(yīng)變。
② 屈服準(zhǔn)則的相似判據(jù)，即模擬材料與原型材料應(yīng)服從相同的屈服準(zhǔn)則。
③ 泊松比的相似判據(jù)，即模擬材料與原型材料的泊松比變化規(guī)律應(yīng)一致。
(2) 模擬材料的選擇
高分子聚合物是一種雙相材料，即存在可熔和不可熔兩組分子鍵網(wǎng)格。室溫時(shí)，這兩組網(wǎng)格都是固態(tài)，載荷由它們共同承擔(dān)，加熱后，可熔網(wǎng)格化為液體，載荷主要由不可熔網(wǎng)格承擔(dān)。當(dāng)溫度達(dá)到凍結(jié)溫度時(shí)，載荷全部由不可熔網(wǎng)格承擔(dān)若此時(shí)開(kāi)始降溫，則可熔網(wǎng)格開(kāi)始固化變硬，將不可熔網(wǎng)格因承擔(dān)載荷所發(fā)生的變形固定下來(lái)。溫度降至室溫，卸去載荷，這一變形態(tài)仍被保存下來(lái)。根據(jù)力的相似條件，這一變形過(guò)程與金屬的彈塑性變形具有相似性。因此選擇這種具有形狀可恢復(fù)性的高分子材料為模擬材料，如聚碳酸酯(PC)、有機(jī)玻璃(PMMA)，它們具有如下特點(diǎn)：
① 聚碳酸酯的σ/σε-Eε/σε關(guān)系曲線與許多具有硬化性能的金屬材料一致，服從Misses屈服準(zhǔn)則。
② 聚碳酸酯與鋁材在相應(yīng)應(yīng)變范圍內(nèi)的泊松比變化規(guī)律也基本一致。
③ 當(dāng)應(yīng)變較大時(shí)(5%~8%)，聚碳酸酯處于一種特殊的高彈性狀態(tài)，類似金屬的塑性狀態(tài)一般利用這一狀態(tài)來(lái)研究金屬的彈塑性特性。
(3) 物理逆向
法的機(jī)理
選擇與成形材料具有力學(xué)相似條件的模擬材料，用模擬材料進(jìn)行物理成形試驗(yàn)。在成形中其它工藝條件應(yīng)與原形材料具有相似性。通過(guò)物理成形試驗(yàn)，得到一個(gè)模擬材料的成形件，對(duì)其進(jìn)行修邊處理，得到和實(shí)際零件幾何形狀相同的成形件。
選用的模擬材料具有形狀記憶性和應(yīng)力、應(yīng)變凍結(jié)性兩個(gè)特性。利用形狀記憶性，將物理模擬試驗(yàn)中得到的經(jīng)過(guò)修邊的成形件進(jìn)行加熱，高溫退火，使成形件恢復(fù)成板料?？梢杂没謴?fù)后的板料的形狀作為鈑金成形件毛坯的展開(kāi)形狀，進(jìn)行試壓。如果不能滿意，可將它作為第2次物理模擬試驗(yàn)的毛坯確定依據(jù)，重復(fù)上述過(guò)程。以便得到合理滿意的毛坯展開(kāi)形狀。
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