摘要：基于DYNAFORM動(dòng)力顯式有限元分析軟件，將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于s梁的坯料優(yōu)化過程，研究了不同的毛 坯形狀、尺寸對(duì)s梁拉深的成形極限圖、厚度分布、減薄率的影響。通過對(duì)比分析不同的坯料成形模擬結(jié)果，確定較 為合理的毛坯形狀尺寸。研究結(jié)果表明：方式1是不可取的，而方式2能很好地成形出合格零件，最大減薄率為 16．6％，最大增厚率為1．8400。在法蘭處可以適當(dāng)添加拉延筋以緩解起皺趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；毛坯形狀；拉深；拉裂

毛坯形狀和尺寸的確定是板料深拉深成形的 一個(gè)重要前提。合理的毛坯外形可以提高拉深工 件的最小厚度，改善成形性能，隨著拉深高度的增 加，這種改善效果更加明顯[1]。此外，采用合理的毛 坯形狀，往往能夠使某些需要二次拉深才能成形 的制件，用一次拉深便可達(dá)到制件要求的高度瞳]。 由于板料沖壓成形技術(shù)的復(fù)雜性，單純采用試驗(yàn) 或理論解析方法難以準(zhǔn)確、高效地解決生產(chǎn)實(shí)際 問題，而隨著計(jì)算機(jī)和有限元技術(shù)的發(fā)展，成形過 程數(shù)值模擬精度有了很大提高，已成為研究板料 沖壓成形工藝的強(qiáng)有力的工具。

本文以S梁的沖壓成形工藝過程為例，基于DYNAFORM軟件研究了沖壓成形工藝過程數(shù)值模擬 的實(shí)現(xiàn)。采用不同的板料形狀拉深，對(duì)比分析其成 形模擬結(jié)果，確定較為合理的毛坯形狀尺寸，并對(duì) 模具及工藝設(shè)計(jì)提供參考意見，對(duì)成形工藝合理 設(shè)計(jì)有著十分重要的指導(dǎo)意義。

1零件毛坯形狀、尺寸的初步確定

零件毛坯形狀、尺寸的初步確定 S梁所用的材料是熱軋鋼DQSK，型號(hào)為36 號(hào)，料厚是imm，在UG中對(duì)零件的最終形狀進(jìn)行建 模，零件的形狀如圖1所示。再輸出*igs格式文 件，然后在板料成形分析軟件中輸入幾何模型[3--N。

為了能夠?qū)Ρ确治霾煌呐髁闲螤?、尺寸?duì)成形結(jié)果的影響，從而通過對(duì)不同坯料形狀的S 梁拉深過程分析，尋求一種可行的坯料形狀，并對(duì) 拉深缺陷產(chǎn)生的位置及程度預(yù)測(cè)，提出模具、工藝 的設(shè)計(jì)意見。本文初步確定兩種毛坯，毛坯l的長(zhǎng) 度為毛坯2的兩倍，兩者寬度一樣，如圖2所示。

2計(jì)算模型

板材為DQSK鋼，36號(hào)類型，呈各向異性，平面 應(yīng)力狀態(tài)，密度p=7．85T／m3，彈性模量E= 2．070000E+11N／m2，泊松比u=0．28；單元類型為 Belytschko—Tsay殼單元。模擬中模具劃分為剛性 單元，材料模型符合Barlat屈服準(zhǔn)則，摩擦系數(shù) 設(shè)為0．1，符合庫(kù)侖摩擦定律。

幾何模型如圖3所示：均由凸模、凹模、壓邊 圈、板料組成。

3計(jì)算結(jié)果

3．1板料形狀1的計(jì)算結(jié)果

圖4是拉深過程中的板料厚度變化圖。可以 看出：成形開始時(shí)，在S梁兩端部直壁處材料開始 變薄，而在內(nèi)角處及其周圍法蘭處材料增厚，如圖 4a所示。隨著凸模的下行，變薄及增厚的程度及 區(qū)域增加，拉深結(jié)束時(shí)，最厚處為1．14mm，最薄處 為0。557mm。

圖5a為板料減薄率圖，可以看出：最大減薄 率為44．3％，最大增厚率為13．9％。

圖5b是成形極限圖：可以看出：這種情況下， 在S梁兩端直壁處會(huì)出現(xiàn)拉裂，這是由于傳力區(qū) 材料受力過大，超出其抗拉強(qiáng)度，應(yīng)將坯料長(zhǎng)度再 適當(dāng)減?。环ㄌm處及凸模底部出現(xiàn)起皺趨勢(shì)，這是 由法蘭區(qū)的變形狀況所致，而外法蘭區(qū)的金屬流 入凹模相對(duì)較緩，凸緣的切向壓應(yīng)力超過了板材 的臨界壓應(yīng)力，產(chǎn)生塑性失穩(wěn)而起皺[6]。

圖6中1、2分別是凸模、壓邊圈所受的力：可 以看出：凸模在拉深時(shí)受力最大為400KN，壓邊圈 最大約為85KN。這對(duì)模具、工藝設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。

3．2板料形狀2的計(jì)算結(jié)果

幾何模型同板料形狀1的相同，只是坯料形 狀、尺寸有所改變。

圖7是拉深過程中的板料厚度圖?？梢钥闯觯? 成形開始時(shí)，在s梁外角處材料變薄，而在內(nèi)角處 及其周圍法蘭處材料增厚，如圖7a所示。隨著凸 模的下行，變薄及增厚的程度及區(qū)域增加，拉深結(jié) 束時(shí)，最厚處為I．018mm，最薄處為0．834mm。

圖8a為減薄率圖，可以看出：最大減薄率為 16．6％，最大增厚率為1．84％。

圖8b是成形極限圖：可以看出：這種情況下， 大部分區(qū)域都安全，不會(huì)出現(xiàn)拉裂，法蘭處出現(xiàn)起 皺趨勢(shì)。

圖9中l(wèi)、2分別是凸模、壓邊圈所受的力?？? 以看出：凸模在拉深時(shí)受力最大為1IOKN，壓邊圈 最大約為250KN，隨后一直平衡于200KN。這對(duì)模 具、工藝設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。

4結(jié)論

由上述計(jì)算可以看出：方式1采用的板料形狀為依據(jù)一料兩件的形狀下料的，方式2為矩形 料。方式1是不可取的，因?yàn)槌霈F(xiàn)拉裂，且起皺嚴(yán) 重，故不能采用該形式生產(chǎn)。而方式2能很好地成 形出合格零件，最大減薄率為16．6％，最大增厚率 為1．84％。在法蘭處可以適當(dāng)添加拉延筋以緩解起 皺趨勢(shì)。通過數(shù)值模擬分析，可以在開模前確定只 能采用一料一件的方式生產(chǎn)，而成形過程中變薄 嚴(yán)重及有起皺趨勢(shì)處的直觀表現(xiàn)，也為實(shí)際生產(chǎn) 時(shí)工藝控制提供了指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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文章來源——金屬世界