板料成型中起皺現(xiàn)象的數(shù)值模擬研究

鄭欽禮

（河南工業(yè)技師學(xué)院，河南 鄭州 450007）

1 壓邊力對(duì)起皺影響分析

壓邊力參數(shù)的合理取值調(diào)整和控制是控制金屬流動(dòng)防止出現(xiàn)起皺和破裂的最重要手段之一。我們計(jì)算出的壓邊力是300k N，所以我們分別取 100k N，200k N，300k N，400k N，四種方案進(jìn)行模擬。

在設(shè)置成無(wú)拉延筋的情況下起皺比較嚴(yán)重，還有局部變形不夠充分。單純加大壓邊力對(duì)起皺的抑制不明顯，卻使局部地區(qū)因拉應(yīng)力變大而減薄嚴(yán)重。當(dāng)壓邊力為200k N時(shí)，有較多區(qū)域處于變形不充分狀態(tài)，當(dāng)壓邊力為300k N時(shí)，雖然變形區(qū)域增多，但開(kāi)始有進(jìn)入臨界破裂的區(qū)域。而壓邊力為400k N、500k N時(shí)，變形區(qū)域繼續(xù)增大，但進(jìn)入臨界破裂的區(qū)域也隨之增多。所以我們粗選300k N的壓邊力進(jìn)行我們下邊的模擬。

2 拉延筋對(duì)起皺的影響分析

（1）拉延筋的應(yīng)用。拉延筋是板料成型中的重要控制手段，尤其是在曲面零件、半軸對(duì)稱零件及大型覆蓋件的成型中更是占有舉足輕重的地位。拉延筋參數(shù)的合理取值以及拉延筋的合理布置是控制金屬流動(dòng)、防止出現(xiàn)起皺和破裂的重要手段之一。在壓料面上，拉延筋能控制整個(gè)拉延毛坯的流動(dòng)，根據(jù)拉延件拉延的需要，增大或減小壓料面上各部位的進(jìn)料阻力。本套模具就是采用拉延筋來(lái)控制整個(gè)毛坯的金屬流動(dòng)。

（2）拉延筋的布置。拉延筋裝在壓料圈壓料面上還是裝在凹模的壓料面上，都不影響拉延筋的作用。但是，為了打磨方便一般要求拉延筋裝在壓料圈的壓料面上。只有在壓料面形狀復(fù)雜或出于覆蓋件結(jié)構(gòu)上的需求時(shí)，才將拉延筋設(shè)置在上面凹模壓料面上。拉延筋至凸模外輪廓的尺寸沿凸模外輪廓不變。尺寸大小決定于凹模圓角和壓料圈的強(qiáng)度，一般取30~35m m。拉延筋相互之間的尺寸沿拉延筋形狀不變，一般取28~30m m。如果壓料面就是覆蓋件本身的凸緣面時(shí)，則拉延筋距凸模外輪廓尺寸等于拉延筋距修邊線尺寸和修邊線距凸模外輪廓尺寸之和。拉延筋之間的尺寸仍取28~39m m。

（3）拉延筋的設(shè)置 。在本零件中，我們?cè)趬哼吶ι显O(shè)置半圓截面等效拉延筋，其布局如圖1所示。為了找出合適的拉延筋最小高度，我們分別采用4m m,5m m,6m m的拉延筋進(jìn)行模擬，圖2，3，4分別是4m m,5m m,6m m拉延筋高度時(shí)的成型極限圖。按前文所述我們粗選300k N的壓邊力。

由圖6和圖7所示，當(dāng)拉延筋高度為4m m時(shí)板料變形不充分，拉延筋高度為5m m時(shí)，變形區(qū)域明顯增加，其皺區(qū)域明顯減少。尤其在畫(huà)圈處，起皺隨著拉延筋高度的增加明顯的減弱。因此我們粗選高度為5m m的拉延筋進(jìn)行我們下一步的優(yōu)化。

圖1 拉延筋拉延筋高度為4mm的F L D圖

圖2 拉延筋高度為4mm的F L D圖

圖3 拉延筋高度為5mm的F L D圖拉延筋高度為6mm的F L D圖

圖4 拉延筋高度為6mm的F L D圖

3 材料對(duì)起皺的影響

材料的性能對(duì)起皺也有較大的影響，拉延時(shí)應(yīng)選擇適應(yīng)于相應(yīng)拉延工藝的材料。我們下面選用D Y N A F O R M毛坯材料庫(kù)中D Q 36材料，其力學(xué)參數(shù)如圖5所示。厚度1m m，沖壓距離59.147m m，壓邊力300k N，拉延筋高度5m m，繼續(xù)我們的模擬，得到的結(jié)果如圖6所示。

從該圖的模擬結(jié)果可以明顯看出，材料大部分地方被拉開(kāi)，并且無(wú)破裂傾向。

圖5 DQ36材料力學(xué)性能圖

圖6 DQ36材料FLD圖

我們從模擬的過(guò)程中可以總結(jié)出起皺的產(chǎn)生主要有以下幾個(gè)方面的影響因素：①拉延筋的影響。拉延筋的布局、數(shù)量、類型和結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)節(jié)與控制板拉延件的拉深質(zhì)量有著重要的影響。通過(guò)合理設(shè)置半圓截面拉延筋的結(jié)構(gòu)參數(shù)和高度，拉延件的拉深質(zhì)量得到明顯改善，并可有效地防止起皺等缺陷的產(chǎn)生。②壓邊力的影響。壓邊力過(guò)大材料不易入凹模，從而導(dǎo)致拉裂。壓邊力過(guò)小則會(huì)產(chǎn)生起皺的趨勢(shì)。一般根據(jù)材料厚及其特征選擇合適的壓邊力，此影響就會(huì)大大降低。③坯料的性能對(duì)起皺也有較大的影響，拉延時(shí)應(yīng)選擇適應(yīng)于相應(yīng)拉延工藝的坯料。要提高我國(guó)板材成形C A E技術(shù)的水平，在引進(jìn)、吸收國(guó)外高新技術(shù)的前提下，還需要多學(xué)科的交流與合作，其中包括模具設(shè)計(jì)、沖壓工藝、數(shù)值方法、力學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等。以便使這一高新技術(shù)能解決更多的實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題，同時(shí)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。