充液拉深成形的缺陷形式主要为破裂和起皱。普通拉深产生的破裂,通常发生在拉深成形初期的凸模圆角处。充液拉深产生的破裂和起皱,受液室压力等因素的影响,破裂会在不同位置、不同阶段产生,如图8-5所示。
图8-5 破裂形式
(a)凸模圆角处破裂;(b)凹模圆角处破裂。
凸模圆角区的破裂主要发生在成形初期(图8-5(a),通常由于液室压力过低,不能建立有效的有益摩擦和流体润滑,或者液室压力出现较大波动使凸模圆角区坯料的拉应力超过材料的强度极限导致初期的破裂;凸模圆角过小也是破裂的原因。
避免凸模圆角处坯料破裂的办法是在成形初期通过液压泵或者增压器强制增加液室压力,避免压力过低;加装溢流阀实时控制液室压力,防止产生较大波动;适当增大凸模圆角半径,减小拉应力。凹模圆角附近的破裂主要发生在中后期(图8-5(b),其原因主要是液室压力过高使凹模圆角附近坏料反胀减薄;另外,凹模圆角过小也易在成形后期发生破裂。
解决凹模圆角处坯料破裂的办法是适当降低液室压力,减小凹模圆角附近坯料反胀减薄量及适当增大凹模圆角半径。 对于不同拉深比的板材零件,为了克服两种破裂形式,液室压力的大小存在一个合理的范围,液室压力与拉深比之间关系如图8-6所示。拉深比越大，液室压力变化范围越小,液室压力存在上限值和下限值,低于下限值或超过上限值均易发生破裂。
这主要是由于拉深比越大,为避免凸模圆角破裂所需的液室压力越高,较高的液室压力增大了压边圈与法兰之间的不利摩擦,且容易产生反胀减薄,引发凹模圆角附近的破裂,为克服凸模圆角破裂增大压力和克服凹模圆角破裂减小压力使得合理的液室压力范围减小。在理论上,极限拉深比所对应的液室压力只有一个值。
图8-6液室压力与拉深比之间关系
另外,压边力对上述的破裂影响复杂。因为此时的压边力不仅具有普通拉深的压边功能,而且还对液室压力的建立具有重要影响。压边力过小时,会产生破裂,其原因是由于压边力过小,对于自然增压或者凹模圆角过大的情况,不能建立起很大的压力,使有益摩擦力不足所致。反之,过高的压边力所引起的压力过大而导致的材料在凹模圆角处的反向胀裂也是充液拉深常见的失效形式。因此,压边力也存在一个上限值,压边力与拉深比的关系如图8-7所示。
实际工艺中,可以根据零件具体情况反复对压边力进行调整,包括恒定压边力的调整及与拉深行程相关的压边力调整。
图8-7压边力与拉深比的关系
充液拉深成形的起皱形式如图8-8所示。图8-8(a)所示为法兰区起皱，是拉深成形的一种普遍缺陷形式,主要是压边力低于图8-7所示的下限所致， 可以通过增大压边力来避免该类缺陷。
图8-8(b)所示为曲面零件的悬空区起皱。其处于成形曲面的中上部,主要是该区域在液室压力较小、坏料没有贴模的条件下,切向压应力的作用所致，可以通过增大液室压力及压边力来避免该类缺陷。对于图8-8(c)所示盒形件,还存在棱边拐角起皱的缺陷形式。这是由于存在直边部分弯曲变形、拐角部分拉深变形的变形模式,在液室压力作用下直边部分容易贴模、产生摩擦效应,影响了棱边拐角部分的多余材料向直边部分流动,产生棱边起皱,可以通过减小液室压力及坯料尺寸优化(例如采用切角毛坯)克服该类缺陷。
图8-8典型起皱形式
(a)法兰区起皱;(b)悬空区起皱;(c)棱边拐角起皱。
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《现代液压成形技术》
作者：苑世剑
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