單模變薄拉深成形的有限元模擬

2013-06-22 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

關(guān)鍵字:變薄拉深有限元模擬

變薄拉深因其可加工尺寸精度高、表面光潔度好的零件而被廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)和電子工業(yè)中,不銹鋼也越來(lái)越多地用來(lái)加工各種深拉深產(chǎn)品,而成形深拉深產(chǎn)品的有效方法就是將拉深工藝和變薄拉深工藝結(jié)合起來(lái)[1。影響變薄拉深成形的主要因素是變薄系數(shù)、凹模錐角、材料性能和磨擦系數(shù)等,通過(guò)記錄變形力曲線,可分析得到各種因素是如何影響變形過(guò)程的,分析結(jié)果可以用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。但由于準(zhǔn)備試樣、加工實(shí)驗(yàn)?zāi)＞摺⒆龉に噷?shí)驗(yàn)等工作的繁復(fù),手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)又不適合新材料,在進(jìn)行實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)時(shí)還是遇到不少困難。

有限元方法在成功地解決了大量彈性問(wèn)題后,又被塑性領(lǐng)域的專家和學(xué)者所認(rèn)可,它在模擬變形過(guò)程、預(yù)測(cè)坯料在模具中的流動(dòng)、分析模具的受力狀態(tài)、預(yù)測(cè)成型缺陷以及優(yōu)化工藝參數(shù)等方面起著不可替代的作用,國(guó)內(nèi)有不少學(xué)者進(jìn)行了鍛造方面的研究[2,3]。塑性有限元方法一般以剛塑性有限元理論為基礎(chǔ),再輔之較強(qiáng)的前后處理功能,其模擬結(jié)果具有直觀和可靠等特點(diǎn),是工程師進(jìn)行工藝研究、工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的得力幫手。但是對(duì)變薄拉深進(jìn)行有限元模擬研究的文章很少,對(duì)變薄拉深的模擬研究主要是凹模錐角對(duì)成形的影響。本文主要研究不同變形程度對(duì)變形力的影響,所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較,變形力隨變形程度的變化規(guī)律一致,結(jié)果較接近,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)作用。

2 模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

本文采用MAFAP系統(tǒng)進(jìn)行變薄拉深的有限元模擬。單模變薄拉深的模具結(jié)構(gòu)和毛坯的受力狀態(tài)如圖1所示,凹模錐角為15°,在變形過(guò)程中筒形毛坯內(nèi)徑基本不變,壁厚變薄。變形程度的大小用變薄系數(shù)t1/t0表示,變薄系數(shù)越小變形程度越大,成形力就越大,當(dāng)成形力超過(guò)所成形零件的強(qiáng)度時(shí)工件破壞。即,變薄系數(shù)的選取直接關(guān)系到工藝的成功與否,而決定材料的極限變薄系數(shù)是作出正確選擇的前提。

圖1 毛坯的受力狀態(tài)
Fig.1 Stress acting on the blank.

本實(shí)驗(yàn)所用材料為SUS304,變薄拉深用筒形毛坯由普通拉深后切邊、退火得到,尺寸為(mm):d=9.2、t0=0.82、h=25。

有限元模擬毛坯網(wǎng)格隨時(shí)間的變化見圖2,有限元模擬過(guò)程中重劃網(wǎng)格前后的網(wǎng)格變化見圖3。

圖2 毛坯網(wǎng)格隨時(shí)間的變化
Fig.2 Changing of the elements during ironing.

圖3 拉深力——行程曲線
Fig.3 Ironing force——stroke curve.

單模變薄拉深力——行程曲線如圖3所示,模擬與實(shí)驗(yàn)得到的單模變薄系數(shù)和最大成形力的關(guān)系如圖4示,圖5為變形終止時(shí)刻工件上的等效應(yīng)變分布。

圖4 單模變薄系數(shù)和成形力的關(guān)系
Fig.4 Relationship between ironing ratio and force.

圖5 工件的等效應(yīng)變分布圖
Fig.5 The distribution of effective strain.

由圖5可見,變薄拉深時(shí),變薄系數(shù)越小,變形程度越大,成形力越大,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有相同的趨向,且都預(yù)示單模變薄拉深的極限變薄系數(shù)為0.52。二者在變形力上的差別是由于計(jì)算中采用的工件幾何尺寸與實(shí)驗(yàn)毛坯不同造成的。

3 結(jié)論

本文對(duì)于變薄拉深變形力與變形程度關(guān)系進(jìn)行的有限元模擬與實(shí)驗(yàn)研究得出基本一致的結(jié)果,說(shuō)明有限元方法是進(jìn)行變薄拉深研究的有力工具,關(guān)于單模變薄拉深極限變薄系數(shù)為0.52對(duì)工程應(yīng)用有著重要的價(jià)值,本文研究對(duì)開展雙模變薄拉深和多模變薄拉深研究有參考價(jià)值。

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