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戰略合作單位:

 

二階筒形件多次拉深成形工藝分析及數值模擬

時間:2021-02-08   來源:《模具工業》   作者:任廣義,王曉康,何萬飛,李欣芮   瀏覽次數:545

任廣義,王曉康,何萬飛,李欣芮 

(成都飛機工業(集團)有限責任公司 技術裝備公司) 

摘要:通過對二階筒形件拉深工藝進行分析和計算,確定采用三次拉深成形工藝,前兩次拉深成形大直 徑階梯,第 3 次拉深成形小直徑階梯,再采用有限元分析軟件 PAMSTAMP 對該工藝方案進行模擬分 析,得出各道次拉深成形時合適的壓邊間隙,縮短了試模周期。 

關鍵詞:二階筒形件;多次拉深;數值模擬;壓邊間隙;減薄率


0 引言

板料拉深成形包含材料非線性、幾何非線性、接觸非線性的復雜變形過程,其成形機理復雜,僅依靠經驗設計不僅不能保證成形制件的質量,而且延長模具的開發周期,增加開發成本[1]。筒形件是一類采用拉深成形的典型制件,目前對于簡單圓筒形件的成形工藝及數值模擬已進行了較多的研究[2-4],而對于階梯筒形件的成形過程研究較少。現以二階筒形件為研究對象,對其拉深過程進行工藝分析和計算,并基于PAMSTAMP進行數值模擬仿真,預測成形制件的料厚分布,探索各道次拉深合適的壓邊間隙,并基于分析結果進行模具設計。

1 成形工藝分析

制件尺寸如圖1所示,材料為1Cr18Ni9Ti,厚度為1mm,其為圓筒形、球形組成的二階圓筒形結構。根據表面積相等并考慮修邊系數,確定坯料尺寸為φ107mm,則成形制件的總拉深系數m=44/107≈0.41,大直徑階梯拉深系數m1=52/107≈0.49,小直徑階梯拉深系數m2=44/52≈0.85。通過查表[5]可知,大直徑臺階難以一次拉深成形,需要通過二次拉深,小直徑臺階可以一次拉深成形,因此成形制件共需3次拉深,考慮公差后各工序拉深系數如表1所示,各工序成形尺寸如圖2所示。

2 有限元數值模擬仿真

由于研究對象為回轉體,為提高計算效率,采用1/4簡化模型。將凸模、凹模和壓邊圈設置為剛體,板料設置為變形體。在三維造型CAD軟件CATIA中建立模具、板料的幾何模型,并以.igs格式導入仿真軟件PAMSTAMP中。板料的網格劃分采用自適應網格優化法:在計算初期,使用較粗的單元網格,隨著計算的逐步進行,在某些需要更細密網格描述的區域,將網格進一步劃分,保證了以盡可能小的計算步驟獲得更好的計算結果[6]。摩擦模型選用經典的庫倫摩擦,凸模、凹模、壓邊圈與板料的摩擦系數均設置為0.12。

2.1 第1次拉深

圖3所示為第1次拉深有限元模型,板料成形過程中,壓邊間隙對材料流動有著重要作用,是影響成形制件質量的關鍵因素。為確定合適的壓邊間隙值,在其他參數保持不變的前提下,研究取不同壓邊間隙值時成形制件的厚度分布。

圖4所示為第1次拉深取不同壓邊間隙值時成形制件的厚度分布云圖。由圖4可知,壓邊間隙為1.1~1.25mm時,隨著壓邊間隙增大,成形制件最大減薄率逐漸減少,且當間隙值>1.2mm時減薄率改善不明顯。隨著壓邊間隙增大,成形制件口部區域起皺趨勢加劇,因此第1次拉深壓邊間隙選為1.2mm,此時成形制件最大減薄區域位于筒形件底部,為6.3%;成形制件口部增厚最大,最大增厚率為23.4%。

2.2 后續拉深

圖5所示為第2、3次拉深有限元模型,與第1次拉深相同,同樣為確定后續拉深合適的壓邊間隙值,在其他參數保持不變的前提下,研究取不同壓邊間隙值時后續兩道次成形制件的厚度分布。

圖6、圖7所示分別為取不同間隙值時第2、3次拉深后制件的厚度分布。由圖6、圖7可知,在壓邊間隙為1~1.15mm時,制件最大減薄率隨間隙變化不明顯,當壓邊間隙較小時,模具的強烈約束可能會導致成形制件表面產生劃痕。模具設計后續兩道次拉深壓邊間隙均選為1.1mm,第2次拉深后制件最大減薄區域位于筒形件底部與凸模圓角接觸區域,為14.4%;成形制件最大增厚區域位于筒形件口部區域,為14.5%。第3次拉深后,制件最大減薄區域、最大增厚區域均與第2次拉深相同,最大減薄率為16.3%,最大增厚率為14.9%,均符合制件成形要求。

3 模具設計

通過對成形工藝進行分析并確定了各工序拉深系數及工序件尺寸,通過有限元仿真對工藝方案進行模擬分析,確定了合適的壓邊間隙值。同時為了避免拉深時產生粘接瘤、制件表面產生劃痕,模具主要工作部分(凸模、凹模和壓邊圈)進行TD處理[7],如圖8所示。設計3副拉深模進行試模,在3000kN液壓機上進行,采用倒裝式結構。3副模具全都一次試模合格,制件成形質量較好,3次拉深后制件如圖9所示。

4 結束語

利用PAMSTAMP軟件進行拉深成形模擬,優化了工藝參數,避免了制件成形缺陷,減少了試模次數,提高了生產效率。確定了成形制件的合適壓邊間隙值:首次拉深壓邊間隙為1.2mm,后續兩道次拉深壓邊間隙為1.1mm。

參考文獻(略)

 
 
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