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沖壓純凈的鈦板料的可鍛模性
機械工程學，臺灣國立大學，臺北10764，羅克克(1964年提出的厘米·克·秒制電導率單位)
2003 年10月20 日標準；2005 年4月12 日接受以修改過的形式；2005 年5月4 日公證
摘要
由于六角close-packed (HCP) 晶體結構, 商業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 在室溫顯示低延展性, 并且要求熱量活化作用增加它的延展性和可模鍛性。在本研究中, 由實驗性方法學習了CP 鈦板料在vanous 溫度的可模鍛性. 拉伸測試第一次進行調查CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的機械行為。形成極限測試，V 彎曲測試,和拉伸試驗測試沖壓CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的可模鍛性。實驗性結果表明, 雖然可模鍛性被限制以冷形成，但CP 鈦板料在室溫能形成薄元件。另外, V 彎曲測試表明，在拉拔成型溫度可以減少回彈。試驗結果獲得在本研究中可以幫助設計CP 鈦板料沖壓模。
2005 年Elsevier B.V 版權所有。
關鍵字：純鈦板；可成形性；成型極限；V彎曲；回彈
1. 介紹
由于它的重量和高強度系數，工業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 是一潛在構件, 并且最近受到電子產業(yè)注意。因為它的競爭力和優(yōu)越表現(xiàn)，CP 鈦的主要分解的過程是壓制形成。在制造工藝的壓制成形之中，沖壓CP 鈦板料是特別重要為生產薄壁結構組分被使用在電子產品, 譬如筆記本蓋子, 移動電話 等。CP 鈦板料由于它六角close-packed (HCP) 結構在室溫通常顯示有限的延展性。雖然可成形性可以在高溫下改善，但是一個制造過程總希望在室溫下進行。但是, CP 鈦多數研究集中于微結構 [ 1-4 ], 并且關于CP 鈦板料沖壓的可模鍛性文學研究不是很深入。
在本研究中, 使用實驗性方法調查了CP 鈦板料沖壓的可模鍛性。從實驗獲得的關于CP 鈦板料在各種各樣的溫度范圍從室溫到300攝氏度的機械性能的結果。另外,CP 鈦板料的重要形成的特征, 譬如形成極限, 回彈,和極限拉延比，都要被檢測。
2. 在各種各樣溫度下的機械性能測試
應力應變關系是根本信息為金屬板的可模鍛性的研究。依照以上提到, 在室溫CP 鈦板料的可模鍛性是有限的,可以在拉伸成型溫度改善。為了審查品CP 鈦物產覆蓋在不同的溫度的機械性能，拉伸測試執(zhí)行了在各種各樣的溫度范圍從室溫對300 0C 和在0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001/s 之下的不同的張力率, 各自地。拉伸測試標本由JIS 等級1 CP 0.5 毫米制成鈦板料厚度準備了根據ASTM 標準。標本被削減沿平面剖面與輾壓方向(00), 和在角度450 和900 對輾壓方向。標本裁減毛刺沿導線邊緣。
拉伸測試進行了使用MTS 810 測試機器。因為在高溫測試、熱化熔爐接通MTS810 測試機器。標本在拉伸測試之前先加熱到100, 200, 和300 0C。在測試期間, 溫度標本被保持恒定直到樣品拉伸到故障。
在本研究中, 工程學應力關系第一次從實驗性數據獲得，然后是轉換成真實的應力聯(lián)系根據a一Qo(1 +e) 和 e=ln(1十e), a 和s 是真實的重力和真正的張力、Qo 和a 是工程應力, 和工程應變的張力, 各自地。在室溫下從樣品獲得CP 鈦真實的應力關系，被削減三個不同取向被顯示在圖l 。非均質性的行為被觀察在圖1 。它被看見圖1, 00 標本有更高的出產量和a 更大的伸長比標本在其它二個方向, 在伸長上的區(qū)別是更加重大的。并且觀察它, 0度 樣本顯示重大工作硬化的產物在標本之中在三個方向。這個結果一致于那獲得Ishiyama 等[ 5 ] 。在起點階段測試他們發(fā)現(xiàn)了滑動變形發(fā)生在00 個和900 個方向。在進一步變形階段期間, 孿生變形快速地增加在00 方向和生產更高的抵抗反對脫臼滑動, 收效按更大的價值在出產量, 工作硬化, 和伸長。CP 的平均屈服應力和伸長鈦板料在室溫是大約352 MPa 和28%, 各自地?？墒悄铅抵登蜕扉L的值CP 鈦板料在室溫下不是良好的在一深拉處理比擬碳鋼的、他們是可行的因為相對淺的模具產品從那可成形性觀點。
圖2 顯示原物和被扭屈的標本在三個方向。它被注意在圖2, 00 標本進行一致的變形在破裂之前, 當900 標本顯示一次明顯的頸, 和變形 450標本方向在那些其它二個方式之間
為了審查張力率的作用在CP 鈦板料的變形, 拉伸測試并且執(zhí)行在室溫在不同的滑塊速度之下, 造成不同的張力率的0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001,各自地。真實的應力關系在各種各樣的張力率為00 標本被顯示在圖3 。重要的微量在應力曲線從張力率0.1 到0.001 是注意在圖3, 和應力曲線變得接近互相之后。同樣觀察在拉伸測試趨向為450 個和900 個樣本。它表明CP 鈦板料穩(wěn)定的應力應變關系可能是在張力率更小比0.001 之下獲得。
CP 鈦的真實的應力聯(lián)系覆蓋在各種各樣的溫度范圍從室溫對300 0C 為標本00 方向被顯示在圖4。測試執(zhí)行在張力率的0.001顯示在圖4。在圖4,上CP 鈦板料在高溫下有更好的可鍛性。測試更低溫度的增量得到應力曲線比例。注意在圖4 依照樣本的伸長不增加從室溫對100 0C被觀測, 相反, 伸長得到更小當樣本被加熱 100 0C 。
Fig. 3. True stress-strain relations at various strain-rates (1/s) for 00 speci
men at room temperature.
但是, 在測試的溫度比100 0C更高時伸長變大。更大的伸長在室溫是相當異常的。但這種現(xiàn)象唯一發(fā)生在00 樣本。45度和90度樣本,當在測試的溫度伸長連續(xù)被增加, 顯示在圖5和圖6上, 各自地。在室溫發(fā)生了更大的伸長在 00 樣本也許歸結于在室溫孿生變形的快速的增量在00 方向, 導致更高的抵抗阻止脫臼滑動, 并且造成更大的伸長。各向異性現(xiàn)象其它索引是塑料張力比率, 即。 r 價值, 被定義作為塑料張力比率在到那的橫向方向在厚度方向在a 單軸的拉伸測試。
窗體頂端
在本研究中, r 價值是樣本在室溫拉伸測試獲得0度, 45度, 和 90度方向。測量r 價值從標本被舒展到20% 是4.2, 2.2, 和2.1 為 00, 450, 和900 個標本, 各自地。從更高的r- 價值表明更好的回火性, 它表示, CP 鈦覆蓋陳列更好的深圖畫質量在輾壓方向比其它二個方向。并且CP 鈦各向異性現(xiàn)象板料再被證實了從重大區(qū)別 r 價值。
3. 沖壓CP 鈦板料的可鍛性
除基本的機械性能之外, 審查了CP 鈦板料的沖壓的可模鍛性。在本研究,形成極限測試在室溫, 并且V 彎曲測試和圓杯子圖畫測試在各種各樣溫度執(zhí)行了。測試結果被談論了與CP 相關形成的物產鈦覆蓋在印記過程中。
3.1. 成型極限測試
因為Keeler 和Backofen [ 6 ] 介紹了概念形成極限圖(FLD), 1963 年這是 廣泛被接受的標準為破裂預言以金屬片 形成。確定FLD, 舒展測試是執(zhí)行為不同的寬度薄鋼板樣品使用半球型沖床。標本是第一電化學上銘刻以會是的圓柵格扭屈入橢圓在被舒展以后。
工程學張力測量了沿少校和較小軸橢圓被命名少校和較小張力, 各自地。并且他們主要是測量飛機上的張力。
在本研究中, 長方形標本有同樣長度的100mm, 但以另外寬度排列從10 到100 毫米在10 毫米的增加, 被測試了。相似與拉伸測試, CP 鈦板料被切開了在三個取向對輾壓方向, 即, 00, 450, 和900, 為各標本的大小。在測試期間, 標本夾緊了在周圍被舒展了對失敗在78 毫米半成品沖床。工程學少校和較小張力測量在地點最接近破裂為每個標本被記錄了。少校和較小張力是密謀反對互相以主要張力作為縱坐標, 和曲線適合入張力點被定義了形成的極限曲線。圖顯示這形成極限曲線稱形成的極限圖。FLD 是一個非常有用的標準為發(fā)生的破裂在一個沖壓的過程中。
根據早先分析, CP 鈦板料能被形成在室溫。為了進一步證實它的可行性, 形成的極限測試執(zhí)行了在室溫度。測試結果看出圖7 顯示形成的極限曲線。看見在圖7, 主要張力在曲線的最低的點, 并且是平面張力變形方式, 是0.34 。比較被冷軋的鋼或不銹鋼, 這數值更低。但是, 為沖壓薄產品, 圖7顯示形成的極限曲線表明CP 鈦板料在室溫形成的更大的可能性。這有可能在室溫用CP 鈦板料能制造電子材料。
3.2. V 彎曲測試
因為CP 鈦彈性模數比鋼要低,回彈是重要的彎曲處理。在本研究, V 彎測試執(zhí)行了審查CP 鈦板料在各種各樣溫度回彈形成的物產。V 彎測試結果用圖8顯示 。圖8能看見在下模有一個開頭角度90度。環(huán)烷驅研究那效果的沖頭半徑接通彈性后效，工具以沖壓半徑從0.5 到5.0 毫米, 在0.5 毫米的增加, 準備了。CP 鈦板料的樣本以0.5 毫米的厚度, 長度 60 毫米, 和寬度15 毫米。為增加測試的溫度,標本被附寄了在熱化熔爐。V 彎測試不使用潤滑劑因為摩擦情況有對回彈的無意義作用發(fā)生了在V 彎曲測試。彎曲的測試進行了在室溫, 100, 200, 和3000C, 各自地。在彎曲的測試以后, 彎的標本角度由CMM 測量了, 和回彈角度被計算了 。
Fig. 8. Tooling used in the V-bend tests
圖9 和10 顯示關系在回彈之間并且沖壓半徑在室溫和300 0C, 各自地?？匆陨蟽蓚€圖, 不管溫度變化回彈減少為更小的沖壓半徑。在彎曲時更小的沖壓半徑導致更大的塑料變形,因此要減小回彈的作用。在圖9 和10負值的彈性后效發(fā)生在較小沖頭半徑的時候。這是因為那板料在V 形狀的平直的邊被扭屈入形成弧光在彎曲的過程開始, 和裝載被應用鋪平弧在彎曲處理結果的結尾復合應力分配導致負值的彈性后效 [ 7 ] 。比較兩個圖,觀察, 回彈減少當形成的溫度增加不管沖頭半徑尺寸。它表明那 CP 鈦板料不僅有更好的可鍛性而且體驗較少回彈在形成的高溫。我們知道, 回彈是由彈性模數和材料的屈服應力影響的。彈性模數不會隨溫度變化而變化。而且溫度升高CP 鈦板料的屈服應力減少，高溫是形成回彈減退是因為在更低的溫度CP 鈦的屈服應力更低。
Fig. 10. Relations between springback and punch radius at 300 "C for spec-
imens of three directions.
Fig. 11. Punch and die used in circular cup drawing tests.
Fig. 12. Drawn cups at various forming temperatures
3.3盤狀拉深試驗
限制的圖畫比率(LDR), 被定義作為圓直徑的比(Dp) 與沖壓直徑(Dp) 在一張成功的圓盤拉深處理, 是一個普遍的索引使用描述可模鍛性金屬板。LDR 的更大的價值暗示更大的圖畫深度, 即,更好的可鍛性 。在本研究中, 沖壓和沖模被顯示在圖11 使用了圓盤拉深測試。測試執(zhí)行了在室temperatore, 100, 和200 0C, 各自地。在高溫下為了進行拉深測試使用加熱器。為了獲得一個成功的拉深過程。那坯料尺寸和空白座力適當調節(jié)除去些缺點比如斷裂和皺紋，如果在拉深測試破裂出現(xiàn), 斷開軸心力對更小的價值會被調整直到破裂被消除到沒有皺痕發(fā)生。當斷裂力量的調整沒有消除破裂, 減少斷裂的方法會被嘗試同時避免破裂。拉深試驗采取壓制皺痕，但是, 在LDR 測試, 空白的大小是并且作為參量確定LDR 的價值除對上述調整的用途之外。從拳打直徑是35 毫米, 空白的直徑被增加在3.5 毫米的增加從70 毫米對最大的可能的直徑為計算價值方便起見 LDR 。MoS2 被使用了作為潤滑劑在所有圓杯子圖畫測試進行在本研究中, 和圖畫速度是0.2 mm/s
。
圖12 顯示拉長的杯子在各種各樣的溫度。
圖12清楚的顯示,當形成溫度增加時拉拔深度增加。表明這個圖形那自動測試設備畫的形狀拉深成形的在多樣的溫度是相當不同的。自動測試設備現(xiàn)象變成重要的在較高的成型溫度。LDR 、畫的深度, 和相關的處理參量的價值被列出在表1 為測試進行在各種各樣的溫度。它被注意在表1, 所有價值增加當形成的溫度增量。但是, 增量 LDR 和圖畫深度不是那么重大的在范圍從室溫對100 0C, 但得到大從100 2000C 。注意在表1一大的斷裂紋是需要的大的坯料尺寸到是成功地從中提取一較高的溫度是。在室溫CP 鈦板料LDR 的價值是2.2, 與可比較的碳鋼, 表明, 沖壓CP 鈦覆蓋在室溫是可行的。
4. 結束語
在本研究中調查了由做各種各樣的試驗。在各種各樣的溫度CP 鈦板料沖壓的可鍛性的形成。機械性能 CP 鈦板料在各種各樣的溫度第一次被審查了, 并且應力聯(lián)系被獲得從實驗表明, CP 鈦板料有更高的屈服應力和更小的伸長在室溫, 但當板料被加熱到300 0C比例減少由屈服應力的增加決定。它是被注意應力聯(lián)系獲得從拉伸測試在室溫表明CP 鈦板料能被形成入淺組分在室溫, 雖然屈服應力是一少許更高的。形成限制CP 鈦板料的圖被獲得在室溫不是那么高的作為那些被冷軋的鋼, 而是極小值主要張力0.34 并且提供一種最宜的可能性為 CP 鈦板料被形成在室溫。圓形拉深測試顯露, 在室溫CP 鈦板料有 LDR 價值的2.2, 和成功地拉長的以20 毫米的深度證實CP 鈦板料可能被形成入淺組分在室溫。但是, 露出的現(xiàn)象顯示表明, CP 鈦板料負擔重要的 各向異性現(xiàn)象在能并且影響可鍛性的平面圓形拉深。
調查了在室溫度應力聯(lián)系對張力率的作用。實驗性結果表示, 應力聯(lián)系變得穩(wěn)定當張力率比0.001 小。在V 彎測試, 實驗性結果顯露重要信息回彈可能被減少在被舉起的形成的溫度。彈性后效可以是減少如果使用一較小沖頭半徑 。實驗性結果表明本研究提供根本性形成CP 鈦板料模具設計。
鳴謝
作者會想感謝全國科學中華民國的委員會為財政支持這研究根據合同第NSC 89-2212-E-002-147,使實驗工作成為可能。
參考文獻
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鎮(zhèn) 江 高 專
ZHENJIANG COLLEGE
畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書
自行車腳蹬內板多工位級進模設計
In the bicycle foot pedal the board multi-location level enters the mold design
系 名： 機械工程系
專業(yè)班級： 機電一體化
學生姓名：
學 號：
指導教師姓名：
指導教師職稱：
2008 年 4 月
目 錄
第一章 沖裁件工藝分析………………………………… …2
1.1 沖裁件的結構工藝性…………. …………………2
1.2沖裁件的精度和斷面粗糙度………………………3
第二章 確定工藝方案…………………………. ………4
第三章 沖裁工藝計算……………………………………6
第四章 沖裁模主要零部件結構設計…………………7
第五章 導向零件設計與標準……………………………8
第六章 模柄選用…………………………………………9
第七章 凸模固定板與墊板…………………………………10
第八章 沖模模型架型號選擇…………………………11
結論……………………………………………………………12
致謝……………………………………………………………13
參考文獻…………………………………………………14
自行車腳蹬內板多工位級進模設計
班級： 學生姓名：
指導老師： 職稱：
摘要： 本次畢業(yè)設計課題是加工自行車腳蹬內板多工位連續(xù)模設計，它要求我們能充分運用冷沖模設計和大部分專業(yè)課的知識，并結合生產實踐中學到的實踐知識，獨立地分析和解決工藝問題。
這次設計目的能使我們初步具備設計加工一個中等復雜程度零件的冷沖壓模具的能力，擬定設計方案，完成結構設計，也是熟悉和運用有關手冊、圖表等技術資料及編寫技術文件等基本技能的一次實踐機會，為以后走上工作崗位從事好工作打下良好的基礎。
關鍵詞：冷沖模 腳蹬內板 冷沖壓模具
Abstract: This graduation project topic is processes in the bicycle foot pedal the board multi-location continual mold design, it requests us to be able to utilize fully dies coldly the design and the majority of professional course knowledge, and in coor with progress of production practice middle school arrives practice knowledge, independently analysis and solution craft question.
Key words ：Dies coldly In foot pedal board Cold stamping mold
引言
畢業(yè)設計是在完成三年專業(yè)課程學習完以后的一個重要的設計環(huán)節(jié)。這次設計能使我們能綜合運用各種基本理論知識，并結合生產實習中學到的實踐知識，培養(yǎng)獨立分析、解決各種問題的能力。
本次畢業(yè)設計課題是加工自行車腳蹬內板多工位連續(xù)模設計，它要求我們能充分運用冷沖模設計和大部分專業(yè)課的知識，并結合生產實踐中學到的實踐知識，獨立地分析和解決工藝問題。
這次設計目的能使我們初步具備設計加工一個中等復雜程度零件的冷沖壓模具的能力，擬定設計方案，完成結構設計，也是熟悉和運用有關手冊、圖表等技術資料及編寫技術文件等基本技能的一次實踐機會，為以后走上工作崗位從事好工作打下良好的基礎。
設計過程中有許多不足之處，希望各位老師在審閱過程中多加指正。
第一章 沖裁件工藝分析
沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適應性。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大的是幾何形狀、尺寸和精度要求。良好的沖裁工藝性應能滿足材料較省、工序較少、模具加工較易、壽命較高、操作方便及半產品質量穩(wěn)定等要求。
1.1 沖裁件的結構工藝性
1.1.1 最小圓角半徑 沖裁件最小圓角半徑允許值參照[2]P6表2-1 選得 落料時 最小圓角半徑0.18t(由于t=1.5mm計 算)=0.27<4.5mm
沖孔時 最小圓角半徑0.20t(由于t=1.5mm計 算=0.30<3mm
1.1.2 沖裁件的最小尺寸 沖裁件上孔的尺寸受到限制，不能太小，沖孔的最小尺寸見[2]P6表2-2 得1.0t=1.0*1.5=1.5<3mm
1.1.3 最小孔距、孔邊距 沖裁件的孔與孔之間，孔與邊緣之間的距離a不能太小，否則模具強度不夠或使沖裁件變形，一般取a>=2t(t為料厚)，但不得小于3—4mm。 由[2]P6得，a=4mm>2t=2mm。
1.1.4 沖裁件上的懸臂與凹槽部分尺寸 由材料10 取b>2t(t<1.5mm時，以1.5mm計算)=2*1.5=3mm。
1.2 沖裁件的精度和斷面粗糙度
(1)精度 沖裁件的經濟精度一般不高于IT11級，最高可達IT8—IT10級，沖孔比落料的精度約高一級，沖裁件的尺寸公差、孔中心距的公差見[2]P7表2-3、表2-4 得 沖裁件的尺寸 公差為0.16/0.08,孔中心距的公差為正負0.10。
(2)斷面粗糙度 沖裁件的斷面粗糙度一般為Ra12.5—50微米，最高可達Ra6.3微米。由[2]P7 得Ra=6.3微米。
第二章 確定工藝方案
沖裁模的結構形式多種多樣，如果按工序的組合分類，可分為單工序模、級進模（連續(xù)模）、復合模等。各種沖裁模的構成大體相同，主要由工作零件、定位零件、卸料與零件、導向零件、聯(lián)接與固定零件等到組成。
1.模具選擇 由[2]P8表2-6 及 [2]P10表2-7 選取級進模。
2.1 級進模是在壓力機一次行程內，完成沖孔，拉深與落料等多個工序的模具，它具有操作安全的顯著特點，模具強度較高，壽命較長。使用級進模便于沖壓生產自動化，可以采用高速壓力機生產。級進模強度較高，壽命較難保證內、外形相對位置的一致性。材料的定位和送進是級進模設計中的關鍵問題。
2 出件機構
完成沖裁后凸模上行利用卸料板出件。
第三章 沖裁工藝計算
1.凸、凹模間隙值的確定
由[2]P13 表2-8取沖裁模初使雙邊間隙Zmin=0.096mm , Zmax=0.12mm
2. 凸、凹模刃口尺寸的確定
1、 由[2]P15得 落料件尺寸=落料凹模尺寸，
2、 沖孔件尺寸=沖孔凸模尺寸，故可用增大凹模尺寸來保證合理間隙。
3、 由[1]P45選用配合加工法：
對沖孔件：φ5.5屬第二類尺寸 由[1]P45 公式（3-9）得：d凸 =（5.5+0.75*0.2）0/-0.02mm
對落料件：b屬于第一類尺寸 c屬于第一類尺寸
d 屬于第一類尺寸 e屬于第三類尺寸
f屬于第一類尺寸
c凹=（19.15+0.096）+0.025/0=20.11 +0.025/0
b凹= (22.5-0.75*0.07)+0.09/0=22.4+0.09/0
b凸= （2.5-0.75*0.07-1.5）0/-0.06=20.9 0/-0.06
a凹=66+0.03/0
沖孔凹模尺寸及落料凸模尺寸與沖孔凸模尺寸.055740=2.8655.0
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