spcc半球形零件充液拉深仿真分析

spcc半球形零件充液拉深仿真分析

半球形件是典型的大变形零件。在传统的研磨方法中，半球形零件的零件容易折叠和破裂。通过改变工艺参数和工艺方案可以有效避免缺陷的发生。凡小帅充液拉深成形是指用液态物质作为传力介质代替凹模，使坯料在液压的作用下贴合凸模来成形的一种柔性加工技术本文采用有限元法模拟SPCC充液拉深半球形件过程，研究了充液拉深成形过程中板料直径、压边力、最大液室压力对成形的影响，并通过设计正交实验分析了各因素对成形质量影响的主次关系，最终得到了最优化的工艺参数。1材料和尺寸本文仿真选用与文献2刚性充液拉深过程半球形件充液拉深仿真模型如图2所示，其中凹模、压边圈圆角R均为8mm,D为板料直径，F为压边力，P为液室压力，仿真中D、F、P均设为变量。采用壳单元进行网格划分，结果如图3所示。材料模型采用分段线性弹塑性模型。凸、凹模及压边圈视为刚性体，板料与凸模、压边圈之间的摩擦系数为0.12，板料与凹模之间的摩擦系数为0.06。压边采用定压边力压边。充液拉深过程采用凸模位移控制方式，凸模总位移S=80.5mm，凸模开始停在刚与板料接触的位置。充液拉深成形过程如下：首先压边圈下行压边，压边力为F；接着在板料下方施加液室压力P，同时凸模下行完成整个拉深。液室压力加载路径表示凸模位移S与液室压力P之间的关系，研究3板料的直径计算充液拉深过程中，对成形质量影响较大的因素有板料直径、压边力、最大液室压力等。虽然零件本身没有凸缘部分，但是为了建立液室压力，需要一定的凸缘部分进行液封，基于壁厚不变原理得到的板料直径D=230mm。根据文献3.1板料直径的影响在压边力F=100kN，最大液室压力P由图5、6结果分析得随着板料直径的增大，半球形件最大减薄率也随之增大，但起皱现象明显减轻。这是因为板料直径的增大使得压边时法兰区域与板料接触面积增大，增强了压边效果，限制了板料径向流动，因此使板料减薄增大，起皱减轻。3.2压极限的影响在板料直径D=230mm，最大液室压力P3.3保压与压力在板料直径D=230mm，压边力F=250kN的条件下，最大液室压力P从图9可以看出,随着最大液室压力的增大，板料最大减薄率先减小后增大，这是因为增大液室压力的增加，使得凸模底部与板料紧紧贴合，板料与凸模之间的摩擦保持效果增强，减小了径向拉应力，最大减薄率明显减小；但是液室压力过大，会使局部反胀程度过大，最大减薄率反而上升。液室压力对半球件起皱情况的影响比较复杂。在充液拉深过程中起皱可以分为失稳起皱和材料堆积起皱，失稳起皱是因为半球件在悬空区受切向压应力作用而引起的，适当增加液室压力可减轻失稳起皱。材料堆积起皱是因为板料因反胀作用进入凹模腔内过多引起的，减小前期液室压力或增大后期液室压力有助于减轻堆积起皱。当最大液室压力为25MPa时，因为前期液室压力较大导致反胀引起的材料堆积严重，在成形后期出现内皱，如图10b所示。当最大液室压力为35MPa时，虽然材料前期也有堆积，但是因为后期液室压力较大，板料与凸模紧紧贴合，起皱情况有所改善，如图10c所示。4正交试验设计为了得到成形质量好的零件，采用正交实验以确定最优化的工艺参数组合，拟定的正交试验的因素水平表如表2所示。考察指标为零件的最大减薄率和起皱情况。将起皱情况分为起皱、略微起皱、几乎无起皱三个等级，分别用+++、++、+表示。最终的正交试验模拟结果见表3。4.1极端分析表中k軈4.2最大减薄率在保证半球件侧壁不起皱的情况下，尽量追求较小的最大减薄率。综合考虑各因素对两个指标的影响，认为最优工艺参数为：板料直径D=230mm，压边力F=250kN，最大液室压力P5最大液室压力的影响本文基于正交试验进行了SPCC半球件充液拉深成形仿真研究，得到了以下结论：(1）增大板料直径和压边力可以抑制零件起皱，但零件最大减薄率会增大。(2）随着最大液室压力的增加，零件最大减薄率先减小后增大。(3）板料直径对