铝合金筒形件充液拉深成形数值模拟

铝合金筒形件充液拉深成形数值模拟

由于可量化，减少对汽车制造和航空航天的需求。国内外学者运用理论分析、有限元模拟、实验以及将它们相结合的方法,进行了充液拉深工艺的研究。福井伸二等为了在模具加工中对回弹进行补偿,需要精确地模拟回弹。本研究着眼于回弹的模拟。由于回弹的大小取决于卸载前的板料的应力分布,成形过程的模拟精度影响回弹的预测结果1正截面的变形特性为调查薄板充液拉深的成形特性,进而给出合适的充液拉深压力,需要调查应力和应变的分布。以圆形板料的筒形件为拉深对象,假定忽略法兰区板料与凹模间的摩擦,径向应力的平衡条件和应变分别为在法兰区:在凹模圆角区:式中:σ在充液拉深成形过程中,成形压力始终作用于板料,模具与板料间有摩擦力,产生的成形特性为二者混合作用的结果。为进行定性分析,忽略板厚的变化,并将最大主剪应力的2倍k=σ式中:t由式(5)可以看出,板料的半径与厚度的比越大,第2项越大,拉深应力越大。2材料拉伸和有限元模拟充液拉深成形采用固定的压边圈和凹模距离,其模具简图见图1。使用直径为Φ200mm、厚度t为1.5mm的A2219铝合金板材。凸模外径为Φ100mm。压边圈与凹模的距离为1.1t=1.65mm。充液拉深成形过程分为2个步骤。第1步进行预胀形,将板料放置在凹模上,并使凸模的最低点位于距离板料上表面3mm处。将预胀压力作用于板料的下表面,并逐渐达到4MPa。第2步进行充液拉深成形,在板料的下表面逐渐施加压力到10MPa,同时将凸模下行至行程40mm处。为了得到有限元模拟中使用的材料的加工硬化关系,在INSPEKTTable100kN电子万能实验机上进行了单轴拉伸实验。拉伸速度为7.2mm·min式中:使用ABAQUSIMPLICIT软件进行有限元模拟,建立的有限元模型如图2所示。板料选用八节点六面体削减积分单元C3D8R和六节点楔形单元C3D6进行离散。模具为解析刚体。因成形的筒形件的几何形状、受载情况均具有对称性,为缩短计算时间,对板料取1/32模型,即取圆心角为11.25°的板料。径向单元数为120,沿板料外径的周向单元数为20,厚度方向为6个单元。板料与压边圈、凹模和凸模间的摩擦系数分别为0.05、0.05和0.15。对于位移边界条件,选取柱坐标系r,α,Z,r沿整体坐标系的x方向,α为绕整体坐标系y方向旋转的方向。在对称面将柱坐标系的周向位移固定。当板料变形时将发生转动,为了在一个随板料运动的共旋转坐标系下,显示应力和应变的值,设定材料局部直角坐标系x,y,z。其x轴与整体坐标系的x轴方向相同,y轴在初始板料的平面内,且与x轴垂直。3结果和分析3.1凸模行程-成形压力曲线在第1步中预胀形压力从0增加到4MPa,凸模不动。在第2步中,成形压力增加到10MPa,凸模下行到行程40mm处,凸模的行程-成形压力曲线如图3所示。图4为当凸模肩部R由图4a可知,弯曲应力(沿板表面径向的正应力)在直壁区凹模圆角中止处最高。由图4c可知,板厚方向的应力分布在凸模圆角中止处数值最高,表明凸模与板料紧密地接触。3.2凸模圆角的情况图6为当凸模肩部R由图6可知,筒形件底部和法兰区凹模圆角中止处的回弹随凸模圆角的增大而减小,筒形件底部的回弹和法兰区凹模圆角中止处的回弹在凸模肩部R3.3回弹设备的调整图7为当C由图7可以看出,筒形件底部回弹随间隙的增大单调增加,为2.04°～3.04°,法兰区凹模圆角中止处节点的回弹为单调减小,但变化不大,在凸凹模间隙为1.65mm时