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        摩擦保持對充液拉深成形作用的仿真分析

        2017-03-08 06:09:00蘇海迪彭永東許元洪苗明達
        裝備制造技術(shù) 2017年12期
        關(guān)鍵詞:有限元

        蘇海迪,彭永東,許元洪,苗明達

        (廣西汽車零部件與整車技術(shù)重點實驗室,廣西科技大學,廣西 柳州545006)

        0 引言

        作為一種先進的塑性成形技術(shù),充液拉深具有一般拉伸和液壓拉伸的雙重特點[1]。因拉伸過程中的“摩擦保持”效應和流體潤滑效果,成形零件的厚度分布較為均勻,表面質(zhì)量較好[2]。因而板材充液拉深工藝在汽車工業(yè)、航空業(yè)以及電子元件制造業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注[3]。本文通過分析不同凸模摩擦系數(shù)下成形件壁厚變化情況得到其對充液拉深成形作用的一般規(guī)律。

        1 建立有限元模型

        充液拉深模型由凸模、壓邊圈、板件和凹模組成,如圖1所示為有限元模型,本文中將凸模、壓邊圈和凹模定義為剛體,板材選用DQSK-36,厚度設為2 mm,密度為 7.85 kg/m3,彈性模量為 207 GPa,泊松比為0.28,硬化指數(shù)為0.24.板材半徑R=65 mm,凸模底面半徑為15 mm,底端圓角為10 mm,高度為30 mm.原始板材單元個數(shù)為1 536個,模具單元個數(shù)為3261個。

        圖1 筒形件充液拉深有限元模型

        2 仿真結(jié)果分析

        本章通過改變凸模摩擦系數(shù),探討不同摩擦阻力產(chǎn)生的不同“摩擦保持”效果以及對成形件壁厚的影響規(guī)律,充液拉深過程中凸模以2 000mm/s的速度勻速下行,壓邊圈與板材、凹模與板材的摩擦系數(shù)均為0.01,壓邊力為20 kN,當凸模摩擦系數(shù)為0.8時。筒形件的成形極限圖如圖2所示,零件處于安全區(qū)域,沒有發(fā)生破裂,成形質(zhì)量較好。

        圖2 筒形件充液拉深成形極限圖

        定義凸模摩擦系數(shù)分別為0.2、0.4、0.6和0.8,在0.02的充液拉深時間內(nèi)對零件最小壁厚和最大壁厚的值進行實時測量,得到如圖3所示壁厚曲線。

        圖3 不同摩擦系數(shù)下成形件壁厚

        從圖3中可以看出,隨著時間的進行,筒形件的最大壁厚逐漸上升,最小壁厚逐漸下降。最大壁厚先平緩后劇烈,且四種摩擦系數(shù)下的最大壁厚曲線非常接近,最終值均為2.14mm左右。最小壁厚起始減薄相對劇烈,在0.002~0.01 s區(qū)間幾乎不發(fā)生變化,在0.01~0.014 s區(qū)間再次減薄劇烈,隨后到拉伸結(jié)束幾乎不發(fā)生改變。

        3 結(jié)果與討論

        從筒形件的充液拉深成形過程中可以看出,存在兩段減薄區(qū)間,分別位于成形的初始階段和接近結(jié)束階段。在第一段減薄區(qū)間內(nèi),摩擦系數(shù)越大,最小壁厚下降越明顯;相反,在第二段減薄區(qū)間,摩擦系數(shù)越小,壁厚下降越明顯。

        從不同摩擦系數(shù)對成形的影響結(jié)果來看,摩擦系數(shù)越大,壁厚分布越均勻,減薄率越小。當摩擦系數(shù)為0.8時,最小壁厚為1.666 mm,最大減薄率為16.7%;當摩擦系數(shù)為0.2時,最小壁厚為1.455 mm,最大減薄率為27.2%.由此可以得出,摩擦力越大,摩擦保持效果越好,最小壁厚越大,最大減薄率越小,提高零件壁厚分布的均勻性,保證成形件的質(zhì)量。

        當摩擦系數(shù)分別為0.2、0.4、0.6和0.8的四種情況下,摩擦系數(shù)為0.2、0.4和0.6時對成形結(jié)果的影響不明顯,當摩擦系數(shù)為0.8時摩擦保持效果最好,成形效果最優(yōu)。

        [1]趙升噸,楊玉海,王 驥.筒形件新型充液拉深的數(shù)值模擬及工藝機理分析[J].塑性工程學報,2003,10(1):65-70.

        [2]周玉梅,雷君相.圓筒形件充液拉深皺曲和破裂極限的研究[J].熱加工工藝,2013,42(1):87-90.

        [3]Lihui Lang,Joachim Danckert,Karl Brian Nielsen.Study on hydromechanical deep drawing with uniform pressure onto the blank[J].International Journal of Machine Tool&Manufac ture,2004,44:495-502.

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