盒形件主動式液壓成形仿真分析研究

蘇海迪+吳量+常雪

摘 要：主動式液壓成形具有成形產(chǎn)品表面質(zhì)量高，壁厚分布均勻等優(yōu)點。本文借助非線性有限元軟件DYNAFORM對盒形件主動式液壓成形過程進行數(shù)值模擬，通過對成形板件中心截面各測點壁厚分布來研究液室壓力對成形質(zhì)量的影響規(guī)律，為板材液壓成形技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：DYNAFORM；盒形件；液壓成形；數(shù)值模擬；壁厚分布

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.017

1 引言

板材液壓成形作為一種先進的加工工藝，受到世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注[1]。苑世劍等對板材液壓成形技術(shù)的現(xiàn)狀進行了介紹[2]。本文介紹了采用非線性有限元軟件DYNAFORM對矩形盒形件主動式液壓成形進行模擬的過程[3]。重點對液室內(nèi)的壓力值進行研究，探討其對成形質(zhì)量的影響規(guī)律。

2 有限元模型

本文選用液壓成形中常用的36號低碳鋼（DQSK），厚度為1mm，該材料的材料力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

原始板坯長度為130mm，寬度為80mm，圓角半徑為20mm。成形區(qū)長度為100mm，寬度為50mm，圓角為15mm，高度為8mm。有限元仿真過程中，凹模和壓邊圈定義為剛體。如圖1所示為液壓成形有限元模型，主要包括原始板坯、壓邊圈和凹模，采用二維殼單元進行網(wǎng)格離散，其中原始管坯單元格數(shù)為1134個，模具單元格數(shù)為4837個。

3 液壓成形有限元分析

本章研究不同液室壓力在盒形件液壓成形過程中對板件壁厚的影響規(guī)律。選取成形件中心截面為研究對象，如圖2所示在中心截面上選取11個壁厚測量點。

為研究不同液室壓力下盒形件液壓成形規(guī)律，分別選取液室壓力10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa和60MPa進行數(shù)值模擬，加載方式為線性加載，選取壓邊力為50KN，板坯和模具之間的摩擦系數(shù)為0.05，液壓成形過程采用時間控制，液壓作用時間為0.02s。

如圖3所示為不同液室壓力下的測量點壁厚分布曲線，從圖中可以看出，在不同液室壓力作用下，中心截面壁厚呈對稱分布，最小壁厚處均位于盒形件側(cè)壁圓角過渡區(qū)域，在10MPa-20MPa工況下最小壁厚位于側(cè)壁上部圓角區(qū)域；在30MPa-60MPa工況下，最小壁厚過渡到側(cè)壁下部圓角區(qū)域。隨著液室壓力的增大，板件邊緣增厚有上升趨勢，板件圓角區(qū)域減薄加劇，當(dāng)液室壓力為10MPa時，最大壁厚為1.004mm，最小壁厚為0.966mm，最大減薄率為3.4%；當(dāng)液室壓力為60MPa時，最大壁厚為1.02mm，最小壁厚為0.934mm，最大減薄率為6.6%。從圖中可以看出，在50MPa和60MPa下板件最小壁厚不再發(fā)生變化，說明此時板件中心截面區(qū)域已經(jīng)完全貼模。

4 結(jié)果與討論

在盒形件液壓成形過程中，隨著液室壓力的增加，板件的壁厚分布更加不均勻，圓角過渡區(qū)減薄更加嚴重，最小壁厚處從側(cè)壁上部圓角區(qū)域過渡到側(cè)壁下部圓角區(qū)域，板件邊緣壁厚則呈現(xiàn)增厚的趨勢；在截面中心處壁厚基本不受影響，通過數(shù)值模擬可以得出在50MPa時板件中心截面區(qū)域已經(jīng)完全貼膜。

參考文獻：

[1]李濤，郎利輝.先進板材液壓成形技術(shù)及其進展[J].塑性工程學(xué)報，2006，13（03）：30-35.

[2]苑世劍，劉偉.板材液壓成形技術(shù)與裝備新進展[J].機械工程學(xué)報，2015，51（08）：20-28.

[3]李慧.盒形件液壓成形有限元分析及實驗裝置設(shè)計[D].重慶：重慶大學(xué)，2005.

作者簡介：蘇海迪（1991-），男，江蘇徐州人，碩士研究生在讀，研究方向：汽車輕量化。endprint