林冬燕

摘 要：本文運(yùn)用Dynaform軟件對(duì)鋁合金淺盤(pán)形件的液壓拉深成形的過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析了板材成形過(guò)程中應(yīng)力分布對(duì)成形后零件的回彈特征的影響。同時(shí)也分析了相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)鋁合金件回彈的影響。模擬結(jié)果表明：液壓成形的淺盤(pán)件回彈特征有別于剛模成形，并且適當(dāng)提高壓邊力和摩擦系數(shù)能降低零件的回彈量。

關(guān)鍵詞：鋁合金；液壓成形；數(shù)值模擬；回彈

1 引言

鋁合金板材廣泛用于航空、交通、家電等領(lǐng)域，但鋁合金板材室溫下塑性成形時(shí)回彈較大，影響所成形零件的形狀與尺寸精度[1]。研究者將一些特殊的成形工藝用于鋁合金板材零件的成形，探索提高鋁合金成形性降低零件回彈的方法，如超塑成形、溫成形、VPF成形等[2-3]。而液壓成形技術(shù)常見(jiàn)于管材內(nèi)高壓成形或者充當(dāng)背壓用于板材充液拉深。這里將液壓成形工藝用于鋁合金板材的拉深成形，使液壓作為主要成形壓力作用在板材上而使其產(chǎn)生變形。通過(guò)數(shù)值模擬手段研究鋁合金板材液壓拉深成形的回彈問(wèn)題，分析工藝參數(shù)對(duì)回彈的影響。

2 有限元建模

鋁合金零件材料為6016鋁合金，厚度為1mm，為淺盤(pán)件，其拉深成形屬于淺盒形拉深。由于零件具有對(duì)稱性，因此在進(jìn)行有限元建模時(shí)取四分之一作為對(duì)象進(jìn)行建模，如圖1所示。在有限元模型中，凹模和壓邊設(shè)置為剛體，板材采用BT殼單元化分網(wǎng)格，為提高模擬精度，板材厚向取7個(gè)積分點(diǎn)。材料力學(xué)性能直接調(diào)取Dynaform材料庫(kù)中的6016鋁合金37號(hào)（各向同性）材料模型。為保證板材順利完全貼模，成形過(guò)程采用漸進(jìn)形加載方式進(jìn)行加載，最大壓強(qiáng)為25MPa。成形后零件的回彈假設(shè)為無(wú)?；貜?，零件的約束形式如圖2所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 回彈特征分析

鋁合金盤(pán)形件回彈后的截面形狀可以看出零件底部截面向上偏離正常截面。在其它工藝參數(shù)相同情況下，剛模成形零件回彈后截面形狀則向下偏離正常截面。兩種工藝產(chǎn)生不同回彈現(xiàn)象的主要原因是板材在液壓成形和剛模成形過(guò)程中產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)。液壓成形時(shí)，模腔內(nèi)的板材在液體壓強(qiáng)的作用下首先彎曲成曲率較大的弧形，而在后期與模腔貼模過(guò)程中板材在壓強(qiáng)的作用下逐漸由弧形轉(zhuǎn)變成平直狀態(tài)，因此，在這個(gè)過(guò)程中板材上表面的徑向應(yīng)力由初始的拉應(yīng)力變成貼模時(shí)的壓應(yīng)力，而下表面仍為拉應(yīng)力。對(duì)于剛模成形而言，板材上下表面的徑向應(yīng)力一直為拉應(yīng)力，并且在摩擦力的作用下，上表面的徑向應(yīng)力大于下表面。因此，應(yīng)力狀態(tài)的不同致使板材的回彈特征產(chǎn)生差異。

3.2 工藝參數(shù)對(duì)回彈的影響

3.2.1 壓邊力的影響

為研究壓邊力對(duì)鋁合金零件回彈的影響規(guī)律，這里選擇了三種大小的壓邊力（整體壓邊的四分之一）進(jìn)行了模擬，分別為1200N、2400N和4800N。三種壓邊力下，零件回彈后的截面形狀如圖3所示。從圖中可以看出，隨著壓邊力的增加，零件平底部分相對(duì)于中心點(diǎn)的回彈量降低。這可能是由于壓邊力的增加，使材料流動(dòng)方向的阻力增加，即徑向的阻力增加，致使板材沿厚向的應(yīng)力梯度降低，從而導(dǎo)致板材的回彈量降低。因此，對(duì)于此類(lèi)淺盤(pán)零件采用液壓成形時(shí)可以適當(dāng)?shù)脑黾訅哼吜?lái)降低零件的回彈。

3.2.2 潤(rùn)滑條件的影響

潤(rùn)滑條件也是影響板材成形質(zhì)量的因素，這里為研究潤(rùn)滑條件的影響，在其它工藝參數(shù)不變的條件下，改變板材與模具表面間的摩擦系數(shù)，分別為0.08、0.125以及0.2，三種不同摩擦系數(shù)條件下所獲得的模擬結(jié)果如圖4所示。潤(rùn)滑條件的差異使板材與模具之間的摩擦系數(shù)也有所不同，因此三種摩擦系數(shù)代表了三種潤(rùn)滑條件。增加摩擦系數(shù)也會(huì)使板材徑向的阻力增加，從而使板材沿厚向的應(yīng)力梯度降低，導(dǎo)致板材的回彈量降低。因此，對(duì)于所研究的淺盤(pán)零件，采用合理的潤(rùn)滑條件也能起到降低回彈的作用。

4 結(jié)論

本文采用Dynaform軟件對(duì)鋁合金淺盤(pán)零件的液壓成形工藝進(jìn)行了模擬，研究了該類(lèi)型零件在液壓成形工藝條件下的回彈特征以及成形工藝對(duì)其回彈的影響，獲得如下結(jié)論：液壓成形工藝成形的淺盤(pán)件的平底部分徑向應(yīng)力狀態(tài)與傳統(tǒng)剛模成形零件不同，致使前者的回彈特征有別于傳統(tǒng)剛模成形零件；對(duì)于淺盤(pán)件來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)脑黾訅哼吜σ约澳Σ料禂?shù)提高了材料流動(dòng)阻力，能降低零件的回彈量。

參考文獻(xiàn)

[1] J. T. Gau， G. L. Kinzel. A New Model for Springback Prediction for Aluminum Sheet Forming[J]. Journal of Engineering Materials and Technology. 2005， 127： 279-288

[2] D. M. Li， A. K. Ghosh. Biaxial Warm Forming Behavior of Aluminum Sheet Alloys[J]. Journal of Materials Processing Technology. 2004， 145： 281-293

[3] 李毅，王忠金，李延平.基于VPF工藝的鋁合金覆蓋件回彈研究[J].材料科學(xué)與工藝，2012 （4）：80-83.