沖壓件生產(chǎn)過程中影響因素復(fù)雜，而網(wǎng)格試驗(yàn)的正確使用，可以有效地從定性、定量兩方面指導(dǎo)沖壓件縮頸、拉裂問題的優(yōu)化，可以使沖壓件在沖壓成形過程中擁有更大的“安全裕度”，從而加快問題的解決速度。
在沖壓件大批量生產(chǎn)過程中，部分模具仍然存在縮頸、拉裂問題，從模具方面分析可以理解為模具對其他因素的“安全裕度”較低，正常生產(chǎn)時板料已經(jīng)處于臨界危險范圍區(qū)內(nèi)，生產(chǎn)過程中，板料、設(shè)備、環(huán)境等因素發(fā)生變化，制件易發(fā)生拉裂、縮頸等現(xiàn)象。
網(wǎng)格試驗(yàn)對于非邊緣制件拉裂具有較好的分析指導(dǎo)作用。目前大多數(shù)生產(chǎn)廠對網(wǎng)格件的使用過程只是觀看板料的走勢及變形的劇烈程度，憑經(jīng)驗(yàn)對模具進(jìn)行優(yōu)化，并未完全發(fā)揮網(wǎng)格試驗(yàn)的作用，對網(wǎng)格試驗(yàn)所得到的大部分信息數(shù)據(jù)無法采集及使用，進(jìn)而未能更加科學(xué)的指導(dǎo)模具改進(jìn)。本文對“板料FLC的獲取”、“成形件成形數(shù)據(jù)的獲取”以及“成形極限圖的使用與分析”三個方面進(jìn)行介紹，旨在對網(wǎng)格試驗(yàn)的基本原理及具體的應(yīng)用進(jìn)行闡述，進(jìn)一步說明網(wǎng)格試驗(yàn)的實(shí)際指導(dǎo)功能，以便指導(dǎo)網(wǎng)格試驗(yàn)在模具改進(jìn)及新項(xiàng)目驗(yàn)收過程中發(fā)揮更多的作用。
板料FLC的獲取
FLC是英文Forming Limit Curve的縮寫，中文翻譯為成形極限曲線，該曲線上每個點(diǎn)對應(yīng)的二維坐標(biāo)值是板材主、次應(yīng)變組合所能達(dá)到的極限值，是衡量板材是否發(fā)生縮頸、破裂的定量標(biāo)準(zhǔn)，即：理論上處于FLC以上的點(diǎn)代表板料必然發(fā)生破裂，處于其以下的點(diǎn)相對為安全點(diǎn)。所謂的成形裕度實(shí)際就是以該曲線為標(biāo)準(zhǔn)線，將沖壓件的實(shí)際應(yīng)變狀態(tài)與該曲線進(jìn)行對比而得出的裕度值，F(xiàn)LC曲線通常可以通過以下兩種方式獲得。
經(jīng)驗(yàn)公式獲得
通過經(jīng)驗(yàn)公式直接算出FLC曲線是適合試驗(yàn)研究的首選方法，獲得數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確且簡單方便，只需要確定板料的n值（硬化指數(shù)）以及t值（板材厚度）即可，極大的方便了FLC曲線的建立及繪制。n值及t值可以直接引用板料技術(shù)任務(wù)書中的最低要求值；如果需要當(dāng)前生產(chǎn)使用板料更為準(zhǔn)確的參數(shù)數(shù)據(jù)，也可以將實(shí)際使用的板料按國標(biāo)GB/T 228-2010制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，通過單向拉伸試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)得出。
當(dāng)然，在Comsmart應(yīng)變分析軟件、AutoForm等模擬軟件中，可以直接在計(jì)算機(jī)軟件相應(yīng)的參數(shù)位置中輸入n、t的具體數(shù)值自動生成FLC曲線，生成FLC的基本原理及公式都是一樣的。
試驗(yàn)法獲得
該方法是獲得FLC曲線最準(zhǔn)確，同時也是最麻煩的方法。其過程是將板料通過線切割的方式加工成一組不同尺寸比例的試驗(yàn)樣片，并通過專業(yè)設(shè)備（圖1是用于測量FLC曲線的ARAMIS-FLC設(shè)備）進(jìn)行剛性成形試驗(yàn)（圖2），進(jìn)而得到縮頸或破裂前的臨界變形量，每一個樣片試驗(yàn)得到一組二維坐標(biāo)點(diǎn)，將每組二維坐標(biāo)點(diǎn)的最高點(diǎn)連接成線后就獲得了材料的成形極限曲線（圖3），不同尺寸試樣的試驗(yàn)做得越多，所得到的FLC便越準(zhǔn)確。
成形件成形數(shù)據(jù)的獲取
使用軟尺獲取
如圖4所示，在使用軟尺進(jìn)行應(yīng)變測量時，要求所印網(wǎng)格必須是圓網(wǎng)格。印制在板料上的圓形網(wǎng)格經(jīng)過塑性變形變?yōu)闄E圓形網(wǎng)格，通過軟尺測量橢圓的長軸及短軸的尺寸變化，得出長、短軸的應(yīng)變狀態(tài)。軟尺上有零刻度線、負(fù)刻度線及正刻度線，測量橢圓時，例如測量橢圓長軸，只需要看哪個刻度線對應(yīng)的長度可以與橢圓的長軸重合，重合后記下讀數(shù)即可。
軟尺測量的原理是：零刻線對應(yīng)的長度是未變形圓的直徑，左側(cè)標(biāo)記-60對應(yīng)的長度是0.6倍直徑的長度，右側(cè)標(biāo)記100的刻度表示直徑伸長一倍的長度，標(biāo)記200的刻度表示直徑伸長兩倍的長度，所標(biāo)記的數(shù)值即為工程應(yīng)變的大小。
軟尺測量是網(wǎng)格試驗(yàn)早期使用的測量工具，其缺點(diǎn)一是測量工作量大，手工對成百上千個網(wǎng)格依次進(jìn)行長短軸比對測量，耗費(fèi)大量的時間；二是測量結(jié)果不準(zhǔn)確，橢圓的長短軸方向需要人眼判斷；另一方面印制的網(wǎng)格刻線本身就有一定的寬度，在對比過程中網(wǎng)格的刻線與軟尺的刻線如何重合以及數(shù)據(jù)的獲得中，人為主觀因素?fù)诫s較多，極有可能同樣的網(wǎng)格不同人測量的結(jié)果會有差異。
專業(yè)設(shè)備獲取
以Comsmart網(wǎng)格應(yīng)變分析設(shè)備為例，通過手持?jǐn)z像頭拍照的方式獲取網(wǎng)格應(yīng)變的具體情況，從拍照到計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)束約1個小時即可完成，具有操作方便、快捷、易標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn)，對比軟尺測量的方式，在準(zhǔn)確度及實(shí)用性上有了極大的提高。圖5為Comsmart手持?jǐn)z像頭測量，圖6為截取的圖片。
成形極限圖的使用與分析
將板料的實(shí)際應(yīng)變狀態(tài)與板料的FLC曲線相結(jié)合，便得到了FLD成形極限圖，表示板材在不同的應(yīng)變狀態(tài)下的變形極限。FLC作為破裂的標(biāo)準(zhǔn)，用以考察板料的成形區(qū)域是否有拉裂、縮頸的風(fēng)險。此時我們還可設(shè)定安全裕度(如8%、10%等)進(jìn)一步降低FLC形成安全余裕度線，用更加嚴(yán)格的要求來控制板料的成形能力。
對于不合格的處于安全余裕度之上的點(diǎn)，我們的主要目的是將該點(diǎn)移動至曲線之下，如圖7所示，可通過以下三種情況分別對模具進(jìn)行改進(jìn)：
⑴A點(diǎn)情況，主應(yīng)變?yōu)檎⒋螒?yīng)變?yōu)檎幱贔LC與10%安全余裕度線之間，不滿足規(guī)定要求，為使該點(diǎn)移動至10%線之下，我們可以讓該點(diǎn)向右下方移動，即降低主應(yīng)變e1，或增大次應(yīng)變e2，或同時既降低主應(yīng)變e1，又增大次應(yīng)變e2。繼續(xù)分析主次應(yīng)變在實(shí)際板料上的變形方向，同時確定模具結(jié)構(gòu)對主次應(yīng)變成形的影響部位，為了降低主應(yīng)變e1，將對應(yīng)模具上e1的筋或具體結(jié)構(gòu)或設(shè)備參數(shù)調(diào)整至降低板料流動阻力的狀態(tài)，為了增大次應(yīng)變e2，將對應(yīng)模具上的筋或具體結(jié)構(gòu)或設(shè)備參數(shù)調(diào)整至增大板料流動阻力的狀態(tài)；
⑵B點(diǎn)情況，主應(yīng)變?yōu)檎螒?yīng)變?yōu)樨?fù)，不滿足規(guī)定要求，需要將B點(diǎn)向左下方移動，對應(yīng)降低主應(yīng)變e1，并進(jìn)一步降低次應(yīng)變e2，確定模具結(jié)構(gòu)對e1、e2的影響，調(diào)整對應(yīng)模具上的筋或具體結(jié)構(gòu)或設(shè)備參數(shù)；
⑶C點(diǎn)情況，主應(yīng)變?yōu)檎螒?yīng)變?yōu)榱悖粷M足規(guī)定要求，需要將C點(diǎn)向下方移動，對應(yīng)需降低主應(yīng)變e1，確定模具結(jié)構(gòu)對e1的影響，調(diào)整對應(yīng)模具上的筋或具體結(jié)構(gòu)或設(shè)備參數(shù)，減輕模具對板料的流動阻力。
具體的應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)該具體分析，總體上降低主應(yīng)變是解決拉裂問題的常用手段，分析控制次應(yīng)變的大小對縮頸拉裂問題也有極大的幫助。
案例說明
其實(shí)我們在實(shí)際生產(chǎn)中最常見到的是上節(jié)中C點(diǎn)的情況，即主應(yīng)變起主要影響。圖8為某側(cè)圍A柱位置偶發(fā)縮頸缺陷，經(jīng)網(wǎng)格試驗(yàn)測定，整體區(qū)域中最小安全裕度僅為8.91%，小于10%安全裕度線，危險點(diǎn)在FLD中基本處于FLC曲線Y軸正下方（圖9a），根據(jù)網(wǎng)格拉伸狀態(tài)，分析圖中紅區(qū)板料流動對危險點(diǎn)起主應(yīng)力拉伸作用，然后進(jìn)行兩方面模具優(yōu)化工作：⑴研修放大位置1的拉延筋槽R角；⑵研修門洞2位置壓料面硬點(diǎn)，并減少整體主應(yīng)力的拉延程度。模具經(jīng)多次優(yōu)化并兼顧面品質(zhì)量后，再次進(jìn)行網(wǎng)格試驗(yàn)，成形裕度提升至14.1%，滿足最低10%的安全線（圖9b）。
結(jié)束語
隨著網(wǎng)格試驗(yàn)設(shè)備的逐漸普及使用，深入了解網(wǎng)格試驗(yàn)的工作原理及作用，能夠有效提高拉延模具縮頸、拉裂問題的分析及解決速度，當(dāng)然網(wǎng)格試驗(yàn)對于分析坑、皺等制件質(zhì)量缺陷也有很好的指導(dǎo)作用，方法上與解決縮頸拉裂大同小異。
