鋁合金盒型件成型的數(shù)值分析研究

張德紅

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造學(xué)院，四川 宜賓 644003）

目前汽車輕量化越來越被世界各國重視，汽車輕量化技術(shù)中所用的材料主要是高強鋼、碳纖維、鋁合金等材料，其中碳纖維成本較高，現(xiàn)階段在汽車中應(yīng)用較少；鋁合金因為它的強度高、成型性較好、耐氧化等優(yōu)勢，近年來被廣泛應(yīng)用與汽車。國內(nèi)外對鋁合金的研究也由來已久，近年來通過數(shù)值分析對鋁合金件成型過程中的質(zhì)量缺陷進行分析，并研究工藝參數(shù)與材料性能對成型鋁合金件質(zhì)量的影響也成為主流。當(dāng)前國內(nèi)對與硬鋁合金板料應(yīng)用于汽車的研究還處于起步價階段，汽車用鋁合金板成型性能相比較傳統(tǒng)鋼板有較大差別，主要表現(xiàn)在室溫下成型性能差、伸長率低、彈性系數(shù)小，易于引發(fā)裂紋和起皺。本文利用有限元分析軟件Dynaform，考察了5182鋁合金在成型過程的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、板材減薄率等的影響，并利用這些得到的規(guī)律對板料成型工藝進行改進。

1 模型建立及前處理

1.1 試驗材料

文中采用5182鋁合金，板料厚度3mm，材料的力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

表1 5182鋁合金材料性能參數(shù)

1.2 幾何模型建立

利用UG對鋁合金盒型件進行建模，并保存為.IGS格式，利用Dynaform導(dǎo)入功能導(dǎo)入.IGS格式模型，如下圖所示。

圖1 工件零件圖Fig1.Work－pieceofPart

1.3 仿真模型建立

利用dynaform軟件在成型零件的基礎(chǔ)上，建立仿真用板料、凸模、凹模，并利用前置處理工具對板料、凸模、凹模進行網(wǎng)格劃分，如下圖2所示。

圖2 有限元模型圖Fig2.Finiteelementmodelofwork－piece

2 模擬結(jié)果

2.1 成型極限圖

圖3為坯料在壓邊力為20KN，沖壓速度為4200mm.s－1的沖壓成形極限圖。觀察發(fā)現(xiàn)，凸緣區(qū)域主要承受拉壓應(yīng)變影響，徑向拉應(yīng)變收壓應(yīng)變限制主要表現(xiàn)為起皺；底部區(qū)域受拉亞應(yīng)變不均衡影響，拉應(yīng)變起主要作用，主要表現(xiàn)為拉裂。筒壁受到凸模的拉應(yīng)力及凸模阻礙材料切向壓縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力而基本成平衡狀態(tài)。

圖3 成型極限圖Fig3.Forminglimitdrawing

2.2 不同壓邊力的模擬結(jié)果

壓邊力是影響鋁合金成型件質(zhì)量的重要因素。壓邊力過小，成型件容易起皺；壓邊力過大，會加大零件的減薄率從而使其零件拉破。模擬時采用的壓邊力分別為5KN，10KN，15KN和20KN，當(dāng)壓邊力增大時，減薄率隨著壓邊力增大而增大，增厚率隨著壓邊力增大而減小。在壓邊力超過10KN后，減薄率和增厚率都要一個快速增大和減小的過程，結(jié)果如圖3所示。

圖4 壓邊力與增厚／減薄率關(guān)系Fig4.Relationshipbetweenblankholderforceandthickening／thinningratio

2.3 不同沖壓速度的模擬結(jié)果

沖壓速度也會對鋁合金的沖壓成形產(chǎn)生影響，隨著沖壓速度的增大，材料的變形抗力也隨之加大，從而使得沖壓過程中受力增加，這樣容易導(dǎo)致筒形件破裂，影響成形。圖5為板料的壓邊力為10kN時，沖壓速度分別在1400，2800，4200和5600mm·s－1條件下的增厚／減薄率關(guān)系圖。圖中顯示當(dāng)沖壓速度超過4200mm.s－1時，增厚率會快速的減小而減薄量會快速增大。

圖5 沖壓速度與增厚／減薄率關(guān)系Fig5.Relationshipbetweenstampingspeedandthickening／thinningrate

3 結(jié)語

本文通過有限元軟件Dynaform，考察了5182鋁合金成型過程中沖壓速度、壓邊力對增厚率和減薄率的影響。通過試驗可知，當(dāng)壓邊力增大時，減薄率隨著壓邊力增大而增大，增厚率隨著壓邊力增大而減小。在壓邊力超過10KN后，減薄率和增厚率都要一個快速增大和減小的過程；同時，當(dāng)沖壓速度超過4200mm.s－1后，增厚率和減薄率會快速的變化過程。