陳 璇

（江西恒大聲學(xué)技術(shù)工程有限公司， 江西 南昌 330000）

1 金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析方法設(shè)計(jì)

1） 引入本構(gòu)方程，在金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析中，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系是影響模擬結(jié)果的重要因素，建立金屬材料的彈塑性本構(gòu)關(guān)系，首先要確定金屬材料成型前的應(yīng)力特征；其次是金屬材料成型后塑性流動(dòng)情況，金屬材料成型過程中，必須準(zhǔn)確求出應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變?cè)隽康年P(guān)系式，為了使計(jì)算數(shù)值模擬更有效，適當(dāng)減少計(jì)算的工作量作為必須考慮的問題之一。高溫狀態(tài)金屬材料成型的本構(gòu)方程可以表示為：

式中，ε 表示金屬材料應(yīng)變速率;T 表示成型的溫度；S表示金屬材料內(nèi)部組織參數(shù)。

2） 建立有限元幾何模型。確定了金屬材料的本構(gòu)關(guān)系后，通過建立有限元幾何模型將金屬材料的截面圖載入到前處理器中，首先，對(duì)于厚度小于5mm 的金屬材料，在一定溫度下彎曲成型時(shí)，由于模具的上部采用弧形凸起結(jié)構(gòu)，毛坯采用厚度均勻的弧形材料，因此在計(jì)算機(jī)模擬中，金屬材料彎曲可以作為軸對(duì)稱問題的一部分去解決。接著采用極坐標(biāo)進(jìn)行描述，金屬材料彎曲部分就可以根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品的尺寸通過軸對(duì)稱件旋轉(zhuǎn)0 角而獲得，在成型過程中所用的模具視為剛體，不考慮變形因素。

3） 確定彎曲成型溫度，在金屬材料彎曲成型工藝中，溫度對(duì)彎曲成型的性能影響非常大。本文通過計(jì)算機(jī)對(duì)成型性能加以控制，依托金屬材料的本構(gòu)關(guān)系，給配料以及模具進(jìn)行高溫處理，很多研究者都將模具作為剛性體，不考慮金屬材料成型過程模具的形變，適當(dāng)控制金屬材料的變形程度。

4） 實(shí)現(xiàn)金屬材料彎曲成型，金屬材料彎曲成型過程中，采用被普遍認(rèn)可的非線性有限元軟件模擬了金屬材料的成型過程。引入的本構(gòu)方程可以求出金屬材料的應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變?cè)隽康年P(guān)系，再根據(jù)建立的有限元幾何模型確定彎曲成型的溫度，有限元模擬過程流程圖如圖1 所示。

圖1 有限元模擬過程流程圖

基于本構(gòu)方程的引入建立有限元幾何模型；依托金屬材料彎曲成型溫度的確定，實(shí)現(xiàn)金屬材料彎曲成型。完成提出的金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析方法能夠有效模擬金屬材料彎曲成型，基于金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析方法，以及基本模擬分析方法，制作合金延伸率對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

1） 實(shí)驗(yàn)材料。本實(shí)驗(yàn)采用商業(yè)用的合金，其化學(xué)成分見表1，平均晶粒直徑大約在8μm，厚度為2.2mm，單向延伸率最大可超過300%。

表1 合金的化學(xué)成分（wt%）

2） 實(shí)驗(yàn)方法。本文研究的合金溫度選擇100℃～600℃之間，應(yīng)變速率在0.15s-1～0.006s-1 之間，采用基于金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析方法，以及基本模擬分析方法對(duì)合金拉伸，拉伸過程通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，合金夾頭的運(yùn)動(dòng)速度要隨時(shí)根據(jù)合金的拉伸長度調(diào)節(jié)，來保證合金的拉伸應(yīng)變速率恒定，關(guān)系式如下：式中，v表示合金夾頭的運(yùn)動(dòng)速度，v表示合金的長度。在實(shí)驗(yàn)溫度為100℃～600℃下，對(duì)合金進(jìn)行應(yīng)變速率恒定拉伸，應(yīng)變速率對(duì)應(yīng)的拉伸速度見表2。

表2 應(yīng)變速率對(duì)應(yīng)的拉伸速度

圖2 延伸率與溫度變化曲線

3） 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)利用Origin5.8 軟件進(jìn)行處理分析，得到延伸率與溫度變化曲線，如圖2。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，采用基于金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析方法，合金的延伸率最高可達(dá)93%，最低也可以達(dá)到65%，可以實(shí)現(xiàn)合金材料的彎曲成型，提高金屬材料的質(zhì)量；同時(shí)與基本模擬分析方法相比，在保證拉伸速度一致的條件下，使用兩種方法的成型效果相差不大，都能實(shí)現(xiàn)彎曲成型，但是基于金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析方法效果較好，能有效保證金屬材料的彎曲變形質(zhì)量。

3 結(jié)語

本文提出了金屬材料彎曲成型的計(jì)算機(jī)模擬分析，在引入本構(gòu)方程的基礎(chǔ)上建立有限元幾何模型，通過彎曲成型溫度的確定實(shí)現(xiàn)金屬材料彎曲成型，從而實(shí)現(xiàn)本文的模擬分析研究。