锻压技术：汽车覆盖件的成型可能性分析

      覆盖件的成型工序，大都可以认为是一种平面应力状态下进行的，垂直板料方向的应力一般为零，或者数值很小，可以忽略不计。因此板料的变形方式，基本上可以分为以下两大类。

   （1）以拉伸为主的变形方式。在以拉伸为主的变形方式下，板料的成型主要依靠板料纤维的伸长和厚度的变薄来实现的。拉应力成分越多，数值越大，板料纤维的和厚度变薄越严重。因此，在这种变形方式下，板料过度变薄甚至拉断，主成为变形的主要障碍。

   （2）以压缩为主的变形方式。在以压为主的变形方式下，板料的成型主要依靠板料纤维的缩短和厚度的增加来实现的。压应力成分越多，数值越大，板料纤维的压缩和厚度增加越严重。因此，在这种变形方式下，板料的失稳和起皱应成为变形的主要障碍。

    任何覆盖件的成型，都不外是拉伸和压缩两种变形方式的组合，或以拉伸为主，或以压缩为主。由于板料在拉伸或压缩的过程中，具有失稳起皱和变薄拉破的危险，因此工艺上必须明确，板料在一定变形方式下极限变形能力究竟有多大，该工件能否一次成型。

    如果从变形区应力应变状态的特点来看，概括起来，变形的主应力状态有如下四种类型，如图1所示。

图1 平面应力状态下的主应力状态图

   （1）拉－拉。变形区内两个主应力均为拉应力。
   （2）拉－压。变形区内两个主应力，一个为拉应力，另一个为压应力，但 值，拉应力大于压应力。
   （3）压－拉。变形区内两个主应力，一个为压应力，另一个为拉应力，但 值，压应力大于拉应力。
   （4）压－压。变形区内两个主应力均为压应力。
    同应力状态相对应，应变状态有如下四种类型，如图2所示。

图2 应变状态图

   （1）拉－拉。板面内两个主应变均为拉应变，厚度方向变薄严重。
   （2）拉－压。板内两个主应变，一个为拉应变，另一个为压应变，但 值拉应变大于压应变，厚度方向变薄。
   （3）压－拉。板内两个主应变，一个为压应变，另一个为拉应变，但 值压应变大于拉应变，厚度方向变厚。
   （4）压－压。板内两个主应变均为压应变，厚度方向变厚严重。
      一般情况下，板料成型时变形区应力状态图与应变状态图的对应关系如图3所示。图中的拉－拉与压－压主应力状态图都可能对应两种主应变状态图，其余则一一对应。

图3 应力与应变状态的对应关系

    由此，我们可以概括地认识到板料的一般变形规律与成型性能。总的说来，板料能否顺利成型，首先取决于传力区的承载能力，即传力区是否有足够的抗拉强度。其次根据变形方式，分析变形区变形的主要障碍。在以拉伸为主的变形方式下，变形区均匀变形的程度将决定其变形程度的大小。如果变形不均匀，或只集中某一局部变形，就会因集中应变而出现缩颈，变形不能继续进行。对此，工艺上往往采取增加凹模圆角半径或改善润滑的方法使其变形均匀化。在以压缩为主的变形方式下，变形区的抗失稳起皱能力将决定其变形程度的大小。对此，工艺上采取适当增加压料力的办法，以提高压料面的质量。降低凹模和压料圈的压料面表面粗糙度，增加摩擦等措施，可以改善变形条件。

    根据上述方法，对覆盖件局部形状予以判断分析，可以粗略地掌握覆盖件的变形特点。但不可不否认，由于形状的边界条件不同，这种判断往往是不够确切的。因此，判断工件是否能够成型， 的办法还是参考以前加工过的工件，用类似的方法进行判断，如果应用坐标网格应变分析法，将试验数据和工件尺寸形状对照分析，可以得出更有价值的结果。

    3. 成型度α值判断法

       对不规则形状拉延件的成型，还可以用成型度α值进行估算和判断。
       成型度：             α＝（l/l₀-1）×100%
式中  l₀——成型前毛坯长度；
       l——成型后工件长度。
       在拉延件 深或认为危险的部位，取间隔50～100mm的纵向断面，计算各断面的成型度值（见图4），利用表1的数据进行成型分析和判断。

图4 成型性研究

表1  不规则形状、大尺寸覆盖件的成型难易判断值

    表2中所给数据，α值是单轴方向的值。当必须考虑两轴方向时，根据拉伸、压缩情况，即根据属于两向胀型还是两向压缩变形，α值多少有些变化。一般大型拉延件是通过拉伸和胀型的复合成型来实现的，既有外部压料面材料的流入，又有凹模洞口内材料的伸长，所以必须应用α值对覆盖件成型性进行判断，同时还要考虑具体成型条件，对判断值α要作修正（见表2），进行综合性估测。

 表2  成型难易判断值α_max修正值