石 贊
(湖北工程職業(yè)學(xué)院,湖北 黃石435003)
板料成形是一種復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程,其中包含幾何非線性、材料非線性、接觸非線性等,影響的參數(shù)非常多,這對(duì)數(shù)值模擬技術(shù)造成了極大的挑戰(zhàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,陸續(xù)出現(xiàn)了如DYNAFORM、AUTOFORM、SHEET-3D、ABAQUS等板料成型模擬軟件,其中DYNAFORM是其中較為成功的一款軟件,是基于LS-DYNA的板料成形模擬專用軟件,主要功能包括壓邊、拉延、彎曲、回彈、多工步成形在內(nèi)的鈑金成形過(guò)程、液壓成形、輥軋成形、模具成形等。
影響沖壓件質(zhì)量的因素很多,包括壓邊力的大小、拉延筋的設(shè)置、沖壓速度、凸凹模間隙等。模具CAD/CAM技術(shù)提高了模具制造精度,縮短了設(shè)計(jì)制造周期,但是對(duì)工藝方面的作用不大。從模具開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程來(lái)看,設(shè)計(jì)初期的模具工藝結(jié)構(gòu)、沖壓工藝參數(shù)的合理選擇將能有效地減少調(diào)試修模工作量,縮短開(kāi)發(fā)周期、降低模具成本。
(1)模面設(shè)計(jì)。主要包括網(wǎng)格劃分,內(nèi)壓料面和內(nèi)過(guò)渡面以及外壓料面和外過(guò)渡面的創(chuàng)建,還有拉延筋的設(shè)置和確定成形工藝參數(shù)。
(2)對(duì)沖壓工具和成型毛坯進(jìn)行定義。分別定義凹模、凸模和壓邊圈?;赿ynaform板料成形模擬,板料采用DQSK37#(08AL冷軋深沖鍍鋅碳素鋼鋼板),板料厚度為1mm,板料單元采用Belytschko-Tsay薄殼單元,該材料性能參數(shù)如下:密度ρ=7.85g/cm3,楊氏模量E=2.07105MPa,泊松比μ=0.28,屈服應(yīng)力σs=154.3MPa,硬化模量Et=520.4MPa,各向異性系數(shù)r=1.653,沖壓零件模型如圖1所示:
圖1 沖壓零件模型
圖2 凸模運(yùn)動(dòng)加載曲線
(3)成形參數(shù)設(shè)置。①凸模運(yùn)動(dòng)曲線設(shè)置。設(shè)置工具運(yùn)動(dòng)和加載曲線如圖2所示;②壓邊圈加載曲線設(shè)置。設(shè)置壓邊圈加載曲線如圖3所示;③拉延筋加載曲線設(shè)置。設(shè)置拉延筋加載曲線如圖4所示。
圖3 壓邊圈加載曲線
圖4 拉延筋加載曲線
(1)壓邊力對(duì)成形性能的影響。外過(guò)渡面圓角半徑(即凹模圓角半徑)為12mm,沖壓速度3000mm/s及壓邊力300kN和400kN時(shí)成形性能比較如圖5所示。
圖5 壓邊力對(duì)成形性能影響
壓邊力從300kN增大到400kN時(shí),成形面部位的綠色區(qū)域稍有增加,即成形效果有稍微的改善,但是效果不太明顯。
(2)沖壓速度對(duì)成形性能的影響。外過(guò)渡面圓角半徑為12mm,壓邊力300kN及沖壓速度2000mm/s和3000mm/s時(shí)成形性能比較如圖6所示。
圖6 沖壓速度對(duì)成形性能的影響
當(dāng)沖壓速度從2000mm/s增大到3000mm/s時(shí),成形面未充分變形區(qū)域顯著減少,板料成形效果比較好,沒(méi)有變皺,在成形面與內(nèi)過(guò)渡面接觸部位有一定的拉裂和破裂傾向,但對(duì)拉延成形沒(méi)有什么影響,因此成形效果改善很明顯。
(3)凹模圓角半徑對(duì)成形性能的影響。外過(guò)渡面圓角半徑為12mm和18mm時(shí),沖壓速度3000mm/s和壓邊力300kN時(shí)成形性能比較如圖7所示。
圖7 凹模圓角半徑對(duì)成形性能的影響
當(dāng)凹模圓角半徑從12mm增大到18mm時(shí),成形面部位未充分變形區(qū)域顯著減少,板料成形效果比較好,沒(méi)有變皺,雖然在成形面與內(nèi)外過(guò)渡面接觸部位有較多的拉裂,但是后來(lái)需要切除,因此對(duì)板料成形面沒(méi)有什么影響,所以,當(dāng)凹模圓角半徑增大時(shí),板料沖壓成形效果有很大的改善,板料的沖壓質(zhì)量很好。
(4)拉延類型對(duì)成形性能的影響。外過(guò)渡面圓角半徑為18mm,沖壓速度2000mm/s和壓邊力300KN,單動(dòng)和雙動(dòng)拉延時(shí)成形性能比較如圖8所示。
圖8 拉延類型對(duì)成形性能的影響
單動(dòng)拉延時(shí),成形面部位都充分拉延成形,效果較好,雖在過(guò)渡面接觸部位有較多的拉裂,但后續(xù)工序需要切除,因此對(duì)板料成形影響不大;雙動(dòng)拉延時(shí),成形面主要部位拉延都未充分變形,只在過(guò)渡面接觸部位有極少量的變形,而且有褶皺的傾向,成形效果很不好。對(duì)比發(fā)現(xiàn),凹模圓角半徑為18mm,壓邊力為300kN,沖壓速度為2000mm/s時(shí),單動(dòng)比雙動(dòng)拉延成形效果要好得多。
(1)綜合分析,從圖7和8發(fā)現(xiàn),采用單動(dòng)拉延時(shí),凹模圓角半徑為18mm,壓邊力為300kN時(shí),沖壓速度為2000mm/s和3000mm/s的板料成形效果較好,基本沒(méi)有太大區(qū)別;當(dāng)凹模圓角半徑一定,沖壓速度和壓邊力對(duì)板料拉延成形效果影響不大,可以推斷凹模圓角對(duì)板料成形性能的影響是主要的。
(2)沖壓速度對(duì)板料拉延影響較大,適當(dāng)增大沖壓速度使板料較好地發(fā)生塑性變形,改善拉延成形效果,但是,當(dāng)沖壓速度很大,板料存在變形滯后現(xiàn)象,就會(huì)發(fā)生破裂,因此,要選擇合理的沖壓速度。
(3)采用單動(dòng)拉延比雙動(dòng)的成形效果要好得多,拉裂部位一般發(fā)生在過(guò)渡面處,可以通過(guò)減小壓邊力,并改善潤(rùn)滑條件進(jìn)行調(diào)整,一般不會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。
(4)該試驗(yàn)條件下板料最佳成形工藝為:采用單動(dòng)拉延,凹模圓角半徑為18mm,壓邊力為100kN和沖壓速度2000mm/s。
[1]李福祿,田福祥.汽車(chē)門(mén)內(nèi)板拉伸成形的數(shù)值模擬研究[J].模具制造,2007,(2):28-30
[2]韋東來(lái).汽車(chē)覆蓋件成形性分析和數(shù)值模擬[D].吉林:吉林大學(xué)材料加工工程,2004.