楊濤，符有旺，覃天，楊輝

（1.桂林理工大學(xué)廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，廣西桂林541004；2.桂林理工大學(xué)，機(jī)械與控制學(xué)院，廣西桂林541004）

帶凸緣圓筒件拉伸成形缺陷受力分析

楊濤1，2，符有旺1，2，覃天1，2，楊輝1，2

（1.桂林理工大學(xué)廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，廣西桂林541004；2.桂林理工大學(xué)，機(jī)械與控制學(xué)院，廣西桂林541004）

利用ETA/Dynaform5.6對(duì)帶凸緣的圓筒件進(jìn)行拉深成形模擬，通過觀察成形極限圖預(yù)測(cè)成形過程中有可能出現(xiàn)起皺傾向以及起皺的部位，并在這些部位各隨機(jī)采集一個(gè)節(jié)點(diǎn)，獲得節(jié)點(diǎn)從沖壓開始到?jīng)_壓結(jié)束的應(yīng)力曲線圖，分析在出現(xiàn)起皺傾向或者起皺瞬間的時(shí)間點(diǎn)在X方向、Y方向、Z方向的應(yīng)力值，最后分析出使材料發(fā)生起皺傾向以及起皺的原因的是Y方向的應(yīng)力。

拉深；數(shù)值模擬；受力分析

零件（圖1）為帶凸緣的圓筒件，在圓筒件的拉深成形的過程中，板料在凸模的壓力的作用下底部的材料變形比較小，在凸緣面部分的金屬在凸模壓力的作用下，受到壓應(yīng)力與拉應(yīng)力的作用，徑向拉長(zhǎng)，切向壓縮，進(jìn)入凹模與凸模的間隙里面成為圓筒的直壁，經(jīng)過這樣一個(gè)過程，毛坯就被拉深為深圓筒件。

該圓筒件在拉深的時(shí)候主要有以下幾個(gè)問題，拉深的時(shí)候變形區(qū)域比較大，金屬流動(dòng)性強(qiáng)，拉深的過程中凸緣部分的材料因切向壓縮很容易起皺，處于凸模圓角區(qū)域的材料因受到徑向強(qiáng)烈拉深會(huì)變薄，嚴(yán)重時(shí)甚至破裂，導(dǎo)致拉深失敗。在本論文中將運(yùn)用有限元分析軟件Dynaform5.6分析零件拉深變形的特點(diǎn)，對(duì)有起皺傾向、起皺區(qū)域進(jìn)行受力分析，從中找出引起該缺陷的力。

1模擬實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 拉深實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖1是帶凸緣的圓筒件，該零件尺寸的精度是IT14，圓筒件的圓角的半徑是6 mm，零件材料是DQSK37，圖2為該零件展開時(shí)候的板坯。

圖1 帶凸緣的圓筒件結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 毛坯

1.2 模擬參數(shù)

采用雙動(dòng)，材料為DQSK37，凸凹模間隙為0.96 mm，板料厚度為0.8 mm，摩擦系數(shù)為0.125，虛擬沖壓速度為20 000 mm/s[1].

2模擬方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從成形極限圖3中可以看出該圓筒件底部安全，直壁部分呈現(xiàn)有起皺傾向，與凸緣連接的圓角部分以及凸緣呈現(xiàn)起皺現(xiàn)象，在凸緣的邊緣部分呈現(xiàn)嚴(yán)重起皺現(xiàn)象，為了分析成形缺陷的受力情況，在有“起皺傾向”的圓筒直壁處隨機(jī)選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)4 724（圖4)、在圓筒直壁“起皺”部分隨機(jī)選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)3 549（圖4)、在凸緣的“起皺”部分隨機(jī)選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)8 505（圖4)，通過觀察這三個(gè)節(jié)點(diǎn)的受力情況來分析引起這些缺陷的原因[2]。

圖3 成形極限圖

圖4 節(jié)點(diǎn)位置示意圖

分析節(jié)點(diǎn)4 724，圖5是該節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力分量σxx，σyy，σzz在X，Y，Z方向上隨時(shí)間變化的曲線圖。在成形極限圖中觀察該節(jié)點(diǎn)，當(dāng)動(dòng)畫運(yùn)行到第9幀（圖6，圖7），時(shí)間點(diǎn)為0.003 774 s（表1）的時(shí)候圓筒出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，在該時(shí)間點(diǎn)Y方向的應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為350 MPa，X方向的應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為200 MPa，Z方向的應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為20 MPa，｜Y｜＞｜X｜＞｜Z｜，所以可以認(rèn)為引起起皺的的原因是，Y方向的拉應(yīng)力。

圖5 節(jié)點(diǎn)4 724在X、Y、Z方向的應(yīng)力

圖6 節(jié)點(diǎn)4 724第9幀成形極限圖

圖7 第9幀成形極限圖局部放大圖

當(dāng)動(dòng)畫運(yùn)行到第10幀（圖8，圖9），時(shí)間點(diǎn)為0.004 365 s（表1）的時(shí)候，板料由起皺轉(zhuǎn)變?yōu)橛衅鸢檭A向，觀察圖5，在該時(shí)間點(diǎn)Y方向的應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為250 MPa，Z方向的應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為30 MPa，X方向應(yīng)力為壓應(yīng)力，應(yīng)力大小為50 MPa，可以認(rèn)為材料由起皺改為有起皺傾向，原因是Y方向的拉應(yīng)力變小，X方向由拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力。｜Y｜＞｜X｜＞｜Z｜，所以可以認(rèn)為引起有起皺傾向的原因是，Y方向的拉應(yīng)力。

圖8 節(jié)點(diǎn)4 724第10幀成形極限圖

圖9 第10幀成形極限圖局部放大圖

表1 成形極限圖每一幀圖所對(duì)應(yīng)的時(shí)間

分析節(jié)點(diǎn)3 549，圖10是該節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力分量σxx，σyy，σzz在X，Y，Z方向上隨時(shí)間變化的曲線圖。追蹤該節(jié)點(diǎn)從沖壓開始到?jīng)_壓結(jié)束的運(yùn)動(dòng)軌跡，在成形極限圖中觀察該節(jié)點(diǎn)，當(dāng)動(dòng)畫運(yùn)行到第9幀圖（圖11，12）的時(shí)候，時(shí)間點(diǎn)0.003774 s（表1）的時(shí)候圓筒出現(xiàn)起皺傾向，在該時(shí)間點(diǎn)Y方向的應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為150 MPa，X軸方向的應(yīng)力為壓應(yīng)力，應(yīng)力大小為80 MPa，Z方向的應(yīng)力為0，｜Y｜＞｜X｜＞｜Z｜，可以認(rèn)為引起板料有起皺傾向的是Y方向的應(yīng)力。

圖10 節(jié)點(diǎn)3549在X、Y、Z方向的應(yīng)力

圖11 節(jié)點(diǎn)3549在第9幀成形極限圖

圖12 第9幀成形極限圖局部放大圖

當(dāng)動(dòng)畫運(yùn)行到第13幀（圖13，14），時(shí)間點(diǎn)為0.006 140 s（表1)的時(shí)候，在成形極限圖中可以看到，圖形中出現(xiàn)起皺，此時(shí)該節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力Y為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為250 MPa，Z方向的應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為45 MPa，X方向的應(yīng)力為壓應(yīng)力，應(yīng)力大小為90MPa，｜Y｜＞｜X｜＞｜Z｜，可以認(rèn)為引起板料有起皺傾向的是Y方向的應(yīng)力。

圖13 節(jié)點(diǎn)3 549在第13幀成形極限圖

圖14 第13幀成形極限圖局部放大圖

隨機(jī)選取節(jié)點(diǎn)8505，如圖所示，圖15是該節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力分量σxx，σyy，σzz在X，Y，Z方向上隨時(shí)間變化的曲線圖，追蹤該節(jié)點(diǎn)從沖壓開始到?jīng)_壓結(jié)束的運(yùn)動(dòng)軌跡，在成形極限圖中觀察該節(jié)點(diǎn)，動(dòng)畫在前8幀的時(shí)候，在該節(jié)點(diǎn)板料還處于未充分拉深的狀態(tài)，當(dāng)動(dòng)畫運(yùn)行到第9幀（圖16，17）的時(shí)候板料從未充分拉深變化為起皺，觀察該節(jié)點(diǎn)在這個(gè)時(shí)刻0.003 774 s（表1），在該節(jié)點(diǎn)Y的應(yīng)力為壓應(yīng)力，應(yīng)力大小為130 MPa，X方向應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力大小為為70 MPa，Z方向的應(yīng)力為0 MPa，｜Y｜＞｜X｜＞｜Z｜，可以認(rèn)為引起板料有起皺傾向的是Y方向的應(yīng)力。

圖15 節(jié)點(diǎn)8 505在X、Y、Z方向的應(yīng)力

圖16 節(jié)點(diǎn)8 505在第9幀成形極限圖

圖17 第9幀成形極限圖局部放大圖

3結(jié)束語

表2節(jié)點(diǎn)發(fā)生起皺傾向、起皺瞬間在X、Y、Z方向的應(yīng)力值。

表2 節(jié)點(diǎn)發(fā)生起皺傾向、起皺瞬間在X、Y、Z方向的應(yīng)力值

綜上所述，通過觀察表2，可以發(fā)現(xiàn)引起有起皺傾向的是Y方向的應(yīng)力，引起有起皺現(xiàn)象的是Y方向的應(yīng)力。

（1）當(dāng)Y方向的拉應(yīng)力在150～250 MPa范圍時(shí)材料有起皺傾向。

（2）當(dāng)Y方向的拉應(yīng)力在250～350 MPa時(shí)范圍時(shí)材料發(fā)生起皺。

[1]陳文亮.板料成型CAE分析教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]胡建華.CN100汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼二次拉深模擬及實(shí)驗(yàn)研究[J].鍛壓技術(shù)，2011（6）：155-156.

Stress Analysis of Tensile Form ing Defectof CylinderW ith Flange

YANG Tao1，2，F(xiàn)U You-wang1，2，QIN Tian1，2，YANG Hui1，2
（1.Guilin University of Technology，GuangxiMining and Metallurgy and Environmental Science Experiment Center，Guilin Guangxi541004，China；2.College ofMechanical and Control，Guilin University of Technology，Guilin Guangxi 541004，China）

The flanged cylinder was simulated by using ETA/Dynaform5.6 drawing，map projections may have appeared in the process of forming wrinkle tendency and wrinkling of the site through the observation of forming limit，and in these parts of the random collection of a node，the node from the beginning to get stamping punch end stress curve analysis in the wrinkling tendency or the value of stress in X direction，Y direction and Z direction of the wrinklingmoment of time，finally analyzes the wrinkling tendency and the reason which makes the material iswrinkling stress in Y direction.

deep drawing；numerical simulation；stress analysis

TG386

A

1672-545X（2016）12-0067-04

2016-09-01

廣西教育廳支助項(xiàng)目（編號(hào)：YB2014158）

楊濤（1994-），男，青海循化人，本科，研究方向；覃天（1981-），男，貴港人，工程師，碩士，研究方向?yàn)閿?shù)控，模具，人工骨。