TA2板材局部損傷對(duì)拉深成形性能的影響

摘要 采用Ansys/LS-DYNA有限元分析軟件對(duì)有局部損傷(撞擊鼓包)的TA2板料的拉深成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了撞擊鼓包對(duì)板材成形性能和成形極限的影響規(guī)律，為選料和優(yōu)化拉深工藝提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞TA2;鼓包;成形性能;成形極限

中圖分類(lèi)號(hào)TB301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2009)121-0046-01

鈦及鈦合金比強(qiáng)度高，耐蝕性強(qiáng)，在航空、航天、航海、生物、石油化工、軍工、汽車(chē)、日用品、能源等領(lǐng)域已取得了廣泛的應(yīng)用。但板料在下料、成形、運(yùn)輸和存放等過(guò)程中，表面常出現(xiàn)撞擊鼓包，加上鈦板的成形范圍窄，成形力大，易開(kāi)裂，回彈嚴(yán)重，成形較困難等工藝性能，撞擊鼓包會(huì)對(duì)板料的拉深成形性能有重要影響。本文以TA2工業(yè)鈦板為例，采用Ansys/LS-DYNA對(duì)有撞擊鼓包缺陷的板料的拉深成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。

1工藝參數(shù)的確定

1.1工藝參數(shù)

試驗(yàn)材料選取了厚度為1mm的TA2工業(yè)鈦板，凸、凹模參數(shù)及拉深工藝參數(shù)如表1所示。

1.2撞擊鼓包的設(shè)計(jì)

假設(shè)撞擊鼓包為圓錐形，如圖1所示。鼓包中心與毛坯中心間距為l，鼓包高度為h，底面直徑為d。文中取h=1mm，d=10mm，撞擊鼓包與板坯平面部分的過(guò)渡圓角為5mm，錐頂為球冠形，直徑為2mm。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，不同位置的撞擊鼓包對(duì)板料的拉深成形性能的影響是不同的。成形后的試件可分為三個(gè)區(qū)域:筒底部、凸模圓角區(qū)、筒壁區(qū)?？扇〔煌膌值使得撞擊鼓包分別位于這三個(gè)區(qū)域。本文共確定了四組試驗(yàn)，l值分別為:L1=25mm(筒底部)，L2=30mm(筒壁區(qū)，凸起方向向上)，L3=35mm(壓邊區(qū))，L4=30mm(筒壁區(qū)，凸起方向向下)，撞擊鼓包的其它參數(shù)均相同。

2有限元模擬

2.1模型的建立

實(shí)驗(yàn)選用Ansys/LS-DYNA單元類(lèi)型中的163號(hào)殼單元進(jìn)行模擬分析，模具和板坯均簡(jiǎn)化成面，選擇幾何模型的四分之一建模，如圖2所示。圖中1為凸模，2為坯料，3為凹模。

2.2加載路徑

動(dòng)力分析時(shí)凸模的速度載荷必須與時(shí)間對(duì)應(yīng)，為了防止動(dòng)態(tài)效應(yīng)初始速度和結(jié)束速度均取0值，計(jì)算時(shí)間稍長(zhǎng)取100.5s，速度載荷隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖3所示。

3結(jié)果分析

圖4是1#-4#和無(wú)撞擊鼓包情況下成形件凸緣的最大厚度隨載荷的變化趨勢(shì)。由圖可見(jiàn)，無(wú)撞擊鼓包試件凸緣的最大厚度最小，且與毛坯厚度相差不大，增厚約30%;有撞擊鼓包試件凸緣的厚度均有明顯增加，最大增幅達(dá)到80%，且2#試件的最大厚度大于4#。這表明撞擊鼓包容易造成制件凸緣位置起皺，而且上凸鼓包比下凸鼓包更容易導(dǎo)致試件凸緣起皺。圖5是1#～4#與正常無(wú)撞擊鼓包情況下板坯的最小壁厚隨載荷的變化趨勢(shì)。同理可知，撞擊鼓包同樣會(huì)引起試件拉裂，且位于底部的鼓包更易產(chǎn)生拉裂。

圖6是1#～4#試件厚度差隨載荷的變化趨勢(shì)。無(wú)撞擊鼓包板坯的最大壁厚小于有撞擊鼓包板坯的最大壁厚，而它們的最小壁厚正好相反，說(shuō)明撞擊鼓包對(duì)成形件的壁厚變化影響較大，拉深件的壁厚極不均勻，薄壁區(qū)域容易拉裂，而厚壁區(qū)域容易起皺。換言之，只要出現(xiàn)鼓包板坯的拉裂和起皺趨勢(shì)就會(huì)增加。

圖7是各情況下試件的最大應(yīng)變值隨載荷步的變化趨勢(shì)，3#鼓包在第30步時(shí)最大應(yīng)變出現(xiàn)一個(gè)峰值。圖8為拉深成形過(guò)程中試件的最大應(yīng)變?cè)茍D。由圖可知最大應(yīng)變發(fā)生在方框指出的鼓包處。這主要是由于鼓包處在筒形件的周向上，相對(duì)于其它位置曲率較大，在周向切應(yīng)力的作用下易于被壓彎形成起皺，被拉進(jìn)凸凹模間隙后起皺減緩或被壓平，所以最大應(yīng)變值又逐步減小。2#和4#情況下鼓包在拉深初期就已被拉進(jìn)凸凹模間隙中，所以未出現(xiàn)過(guò)大的極值應(yīng)變。

4結(jié)論

1)當(dāng)板坯出現(xiàn)硬物撞擊引起的局部損傷(撞擊鼓包)時(shí)，拉深件的起皺和破裂趨勢(shì)都會(huì)增大，且制件厚度極不均勻，其中以位于底部的撞擊鼓包對(duì)板料的拉深成形性能影響最大。

2)采用有限元分析板材局部損傷(主要指鼓包)對(duì)板料成形性能和成形極限的影響是非常有效的方法，為優(yōu)選坯料和優(yōu)化工藝提供了依據(jù)。

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