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        《沖壓工藝學(xué)》圓筒拉深過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析授課探討

        2019-07-31 06:10:16袁斌先董鵬霄沈華春
        教育教學(xué)論壇 2019年30期
        關(guān)鍵詞:應(yīng)變應(yīng)力圓筒

        袁斌先 董鵬霄 沈華春

        摘要:圓筒形件的應(yīng)力應(yīng)變分析對(duì)于應(yīng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種缺陷至關(guān)重要,在實(shí)際授課過(guò)程中,學(xué)生普遍反映該部分理解起來(lái)較為抽象,相關(guān)教材中也存在不盡完善之處。文章通過(guò)理論分析對(duì)圓筒形件拉深過(guò)程進(jìn)行分析,不僅完善了相關(guān)教學(xué)理論,使學(xué)生接受起來(lái)更加容易,并且根據(jù)實(shí)際教學(xué)總結(jié)相關(guān)口訣,使得關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)更加易于記憶。

        關(guān)鍵詞:沖壓工藝學(xué);圓筒;拉深;應(yīng)力;應(yīng)變

        中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2019)30-0176-02

        一、引言

        拉深工藝在沖壓工藝學(xué)課程中占據(jù)較大篇幅,圓筒形件拉深作為最基礎(chǔ)最典型的一種拉深工藝,掌握其變形過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析,不僅有助于理解其他形狀拉深件的變形過(guò)程分析,而且對(duì)于應(yīng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種缺陷至關(guān)重要。在實(shí)際授課過(guò)程中,學(xué)生普遍反映該部分理解起來(lái)較為抽象,考試過(guò)程中相關(guān)題型得分也不高,而且選用的教材[1]及參考教材[2]中關(guān)于圓筒形件拉深過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析也存在不盡完善之處。本文從板材彈塑性變形力學(xué)理論基礎(chǔ)分析角度出發(fā),對(duì)圓筒形件拉深過(guò)程進(jìn)行分析,不僅完善了相關(guān)教學(xué)基礎(chǔ)理論,使學(xué)生接受起來(lái)更加容易,并且根據(jù)實(shí)際教學(xué)總結(jié)相關(guān)口訣,使得關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)更加易于記憶。

        二、理論分析

        教材[1]中將拉深過(guò)程中的圓筒形件分為5個(gè)區(qū)域,分別為平面凸緣區(qū)、凹模圓角處、筒壁部分、凸模圓角處和筒底部分,其各部分應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析如圖1所示。平面凸緣區(qū)應(yīng)力狀態(tài)為徑向受拉、環(huán)向受壓、厚向受壓(當(dāng)不施加壓邊圈時(shí)厚向應(yīng)力為零),應(yīng)變狀態(tài)為徑向伸長(zhǎng)、環(huán)向壓縮、厚向伸長(zhǎng);凹模圓角處應(yīng)力狀態(tài)為徑向受拉、環(huán)向受壓、厚向受壓,應(yīng)變狀態(tài)為徑向伸長(zhǎng)、環(huán)向壓縮、厚向壓縮;筒壁部分應(yīng)力狀態(tài)為徑向受拉、環(huán)向?yàn)榱?、厚向?yàn)榱?,?yīng)變狀態(tài)為徑向伸長(zhǎng)、環(huán)向不變、厚向壓縮;凸模圓角處應(yīng)力狀態(tài)為徑向受拉、環(huán)向受拉、厚向受壓,應(yīng)變狀態(tài)為徑向伸長(zhǎng)、環(huán)向伸長(zhǎng)、厚向壓縮;筒底部分應(yīng)力狀態(tài)為徑向受拉、環(huán)向受拉、厚向?yàn)榱悖瑧?yīng)變狀態(tài)為徑向伸長(zhǎng)、環(huán)向伸長(zhǎng)、厚向壓縮。教材[2]中也有類似表述,各區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變分布總結(jié)如表1所示。

        分析I:從表1中可以看出,圓筒拉深過(guò)程中五個(gè)區(qū)域的徑向應(yīng)力均為拉應(yīng)力,厚向應(yīng)力若不考慮壓邊圈和凸凹模圓角作用均可視為零,環(huán)向應(yīng)力由平面凸緣區(qū)和凹模圓角處的壓應(yīng)力經(jīng)筒壁部分到凹模圓角處和筒底部分的拉應(yīng)力。根據(jù)金屬塑性變形的連續(xù)性假設(shè),在變形過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變均為連續(xù)變化,即環(huán)向應(yīng)力從平面凸緣區(qū)和凹模圓角處的壓應(yīng)力變化到凹模圓角處和筒底部分的拉應(yīng)力必然至少存在一個(gè)由負(fù)至零再到正的過(guò)程,也就是說(shuō)筒壁部分的環(huán)向應(yīng)力并非始終為零。

        分析II:從另一個(gè)角度分析,根據(jù)圖2板材變形應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系[3],如教材中所述筒壁部分的徑向單拉應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變狀態(tài)為徑向伸長(zhǎng),環(huán)向和厚向壓縮,這與圖1中得到的徑向伸長(zhǎng)、環(huán)向不變、厚向壓縮的應(yīng)變狀態(tài)是不一致的,而從實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得到的結(jié)論也可以看出該應(yīng)變狀態(tài)是準(zhǔn)確的,因此筒壁部分的應(yīng)力狀態(tài)并非只存在徑向單拉應(yīng)力,而應(yīng)該是徑向受拉、環(huán)向從壓向拉逐漸變化并且大部分區(qū)域受拉應(yīng)力、厚向?yàn)榱?。在?shí)際教學(xué)中,將圓筒拉深過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)總結(jié)為35字口訣——徑向應(yīng)力一直拉,凸緣環(huán)向力為壓,筒壁主拉漸變化,筒底部分為雙拉,壓邊圓角厚向壓。

        三、結(jié)論

        1.通過(guò)理論分析可以得到,圓筒拉深過(guò)程中五個(gè)區(qū)域環(huán)向應(yīng)力由平面凸緣區(qū)和凹模圓角處的壓應(yīng)力經(jīng)筒壁部分到凹模圓角處和筒底部分的拉應(yīng)力,必然至少存在一個(gè)由負(fù)至零再到正的過(guò)程,也就是說(shuō)筒壁部分的環(huán)向應(yīng)力并非始終為零,而是在絕大部分區(qū)域內(nèi)為正值[4]。

        2.在實(shí)際教學(xué)中,將圓筒拉深過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)總結(jié)為35字口訣——徑向應(yīng)力一直拉,凸緣環(huán)向力為壓,筒壁主拉漸變化,筒底部分為雙拉,壓邊圓角厚向壓,便于學(xué)生理解記憶。

        參考文獻(xiàn):

        [1]姜奎華.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

        [2]李碩本.沖壓工藝學(xué)[M].北京:械工業(yè)出版社,1982.

        [3]董鵬霄,沈華春,袁斌先.沖壓工藝學(xué)[J].教育教學(xué)論壇,2018,(42):232-233.

        [4]Yang D Y,Huh H,Kim Y H.Proceedings of NUMISHEET' 2002 (I) [C].Jeju Island:Oloveira MC,2002:757-800.

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