鋁合金筒形件充液拉深成形數值模擬

由于可量化，減少對汽車制造和航空航天的需求。國內外學者運用理論分析、有限元模擬、實驗以及將它們相結合的方法,進行了充液拉深工藝的研究。福井伸二等為了在模具加工中對回彈進行補償,需要精確地模擬回彈。本研究著眼于回彈的模擬。由于回彈的大小取決于卸載前的板料的應力分布,成形過程的模擬精度影響回彈的預測結果1正截面的變形特性為調查薄板充液拉深的成形特性,進而給出合適的充液拉深壓力,需要調查應力和應變的分布。以圓形板料的筒形件為拉深對象,假定忽略法蘭區板料與凹模間的摩擦,徑向應力的平衡條件和應變分別為在法蘭區:在凹模圓角區:式中:σ在充液拉深成形過程中,成形壓力始終作用于板料,模具與板料間有摩擦力,產生的成形特性為二者混合作用的結果。為進行定性分析,忽略板厚的變化,并將最大主剪應力的2倍k=σ式中:t由式(5)可以看出,板料的半徑與厚度的比越大,第2項越大,拉深應力越大。2材料拉伸和有限元模擬充液拉深成形采用固定的壓邊圈和凹模距離,其模具簡圖見圖1。使用直徑為Φ200mm、厚度t為1.5mm的A2219鋁合金板材。凸模外徑為Φ100mm。壓邊圈與凹模的距離為1.1t=1.65mm。充液拉深成形過程分為2個步驟。第1步進行預脹形,將板料放置在凹模上,并使凸模的最低點位于距離板料上表面3mm處。將預脹壓力作用于板料的下表面,并逐漸達到4MPa。第2步進行充液拉深成形,在板料的下表面逐漸施加壓力到10MPa,同時將凸模下行至行程40mm處。為了得到有限元模擬中使用的材料的加工硬化關系,在INSPEKTTable100kN電子萬能實驗機上進行了單軸拉伸實驗。拉伸速度為7.2mm·min式中:使用ABAQUSIMPLICIT軟件進行有限元模擬,建立的有限元模型如圖2所示。板料選用八節點六面體削減積分單元C3D8R和六節點楔形單元C3D6進行離散。模具為解析剛體。因成形的筒形件的幾何形狀、受載情況均具有對稱性,為縮短計算時間,對板料取1/32模型,即取圓心角為11.25°的板料。徑向單元數為120,沿板料外徑的周向單元數為20,厚度方向為6個單元。板料與壓邊圈、凹模和凸模間的摩擦系數分別為0.05、0.05和0.15。對于位移邊界條件,選取柱坐標系r,α,Z,r沿整體坐標系的x方向,α為繞整體坐標系y方向旋轉的方向。在對稱面將柱坐標系的周向位移固定。當板料變形時將發生轉動,為了在一個隨板料運動的共旋轉坐標系下,顯示應力和應變的值,設定材料局部直角坐標系x,y,z。其x軸與整體坐標系的x軸方向相同,y軸在初始板料的平面內,且與x軸垂直。3結果和分析3.1凸模行程-成形壓力曲線在第1步中預脹形壓力從0增加到4MPa,凸模不動。在第2步中,成形壓力增加到10MPa,凸模下行到行程40mm處,凸模的行程-成形壓力曲線如圖3所示。圖4為當凸模肩部R由圖4a可知,彎曲應力(沿板表面徑向的正應力)在直壁區凹模圓角中止處最高。由圖4c可知,板厚方向的應力分布在凸模圓角中止處數值最高,表明凸模與板料緊密地接觸。3.2凸模圓角的情況圖6為當凸模肩部R由圖6可知,筒形件底部和法蘭區凹模圓角中止處的回彈隨凸模圓角的增大而減小,筒形件底部的回彈和法蘭區凹模圓角中止處的回彈在凸模肩部R3.3回彈設備的調整圖7為當C由圖7可以看出,筒形件底部回彈隨間隙的增大單調增加,為2.04°～3.04°,法蘭區凹模圓角中止處節點的回彈為單調減小,但變化不大,在凸凹模間隙為1.65mm時