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轉發自：製（zhì）造技術/工藝裝備 現代（dài）製造工程（Modern Manufacturing Engineering) 2013年第11期

作者（zhě）：謝秉順1，朱健軍1，魯萬彪1，唐晶晶1，艾國平2，盧文壯2 （1南車（chē）南京浦（pǔ）鎮車輛有（yǒu）限公司工業化（huà）部，南（nán）京210031；2南京航空航天大學機電學院（yuàn），南京210016）

義，彎梁板材采用BelytSChko-Wong-Chiang薄殼單元2，將凹、凸模和（hé）壓邊圈定義為剛體，采用* MATRIGID定義（yì）其平動和轉動約束，凸模、凹模以（yǐ）及壓邊（biān）圈與彎梁板材之間的接觸均采用（yòng）* CONTACT-FORMING-ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE進行定義，摩擦因數設定為0．巧。為了減少（shǎo）衝壓分（fèn）析過程中各單元之（zhī）間應力的間斷性，綜（zōng）合考慮計算精度和計算時間，彎梁板材采用精細的網格劃分，網（wǎng）格大小（xiǎo）為Imm, 衝（chōng）壓模具（jù）采用剛體材料模型，其網格劃分采（cǎi）用細密網（wǎng）格，網格（gé）大小為（wéi）3mm。網格（gé）劃分後的彎梁成（chéng）形過程分（fèn）析的有限元（yuán）模型如圖3所示。

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圖3彎梁成形過程分析的（de）有（yǒu）限元模型

2結（jié）果與討論

2，1成形極限圖

成形極（jí）限圖也稱為成形極限（xiàn）曲線，它表示金屬薄板變形過程中，在金屬薄板平麵內（nèi）的兩個主應變、 2聯合作用下，某一區（qū）域發生減薄（báo）時，可以獲得的最大應變量。成形（xíng）極限圖分為安全區、臨界區、破裂區和褶皺區四個（gè）部分，是判斷薄板成形（xíng）性最有（yǒu）效的一種方（fāng）法[ 。34] 通過衝（chōng）壓成（chéng）形數（shù）值模擬得到的彎梁板材成形分布情（qíng）況如圖4所示。從圖（tú）4a中可以看出，總體（tǐ）上彎梁成（chéng）形處於安全區內，彎梁能夠順利成形。圖4b所示反映出彎梁板材成形分布不均勻，彎（wān）梁的上圓（yuán）弧曲麵和下圓弧曲麵部分（fèn）區域都有褶（zhě）皺趨勢，主要是（shì）由於彎（wān）梁板材在塑性變形過程中，會受到複雜的應力狀態的作用，板材處於徑向受拉、環向受壓的應（yīng）力狀態，從而導致起皺趨勢（shì）。在模具設計時可通過設置拉（lā）延筋等方法，將材料（liào）流動阻力引人起皺區（qū），抵（dǐ）消部分（fèn）壓應力的影響，從而消除（chú）起皺現象。

1.0

破裂區

o 、8

o 、6臨界區

o ，4

o ．2

0

、0，50一0．30一0．10 0彐0 0．30 住50

a)成形（xíng）極限(主應變（biàn）82)圖

b)成形狀態區域分布圖

圖4彎梁板材成（chéng）形分布情況

謝秉順，等：彎梁板（bǎn）材衝壓成形仿真分（fèn）析及工藝改進 2013年第11期

2．2等（děng）效應力應變

彎梁衝壓成形過程中彎（wān）梁板材與模具（jù）相互作用（yòng），應（yīng）力（lì）分（fèn）布規律非（fēi）常複（fù）雜，其中等效應力、應（yīng）變是衡量板材是否拉裂的一個重要依據4，如果（guǒ）超過材料臨界值，在成形過程中板材有可能被破壞。應用Dynaform 軟件仿真得到的彎梁板材成形等效應力分布圖和（hé）彎梁板材成形等效應變（biàn）分布圖分別如圖5和圖6所示 從圖（tú）5和圖6中可以看出，等效應力、應變分布不均勻，等效應力最大值為632園MPa，等（děng）效應變最大值為 4，346 × 10 5，最小（xiǎo）值為3，402 × 10一5等效應力與應變在分布規律上具（jù）有一致性，它（tā）們的最大值主要分布（bù）在壓延邊與側麵筋板（bǎn）交界（jiè）位置（zhì）。該位置如果有（yǒu）直口，將會出現拉裂現象。采用工藝圓角可有效避免直口產生的應力集中，避免在壓延邊與側麵（miàn）筋板交界位置被（bèi）拉裂

圖5彎梁板材成形（xíng）等效應力分布圖

圖6彎梁板材成形等效應變分布圖

2．3成形厚（hòu）度減薄率

彎梁（liáng）板材成形過程中通過模具與板材（cái）相互作用使（shǐ）板材由彈性變形向塑性變形急劇轉變，金屬（shǔ）流（liú）動規律複雜，成形後的板厚出現了不（bú）均勻。厚度減薄率分布可為彎梁毛坯展開修正和模具約束方麵的設計提供參考。圖7所示為彎梁板材（cái）成（chéng）形厚度減薄率（lǜ）分布，從圖7中可以看出，成形後板材厚（hòu）度分布規律不規則，彎梁的側麵筋板厚度變薄，最大減薄率為24．03％，最小減薄（báo）率為0，300 4％。彎梁上圓弧曲麵和下部壓延邊等彎曲部位部分區域增厚，增（zēng）厚率為2，336％，對上圓弧曲麵（miàn）和（hé）下部壓延邊部位進行充分約束，增大模具壓延（yán）力（lì），可以防止在這些部位出現褶皺

圖7彎梁板材成形厚度減薄率分布

2，4模具（jù）與彎梁板材接（jiē）觸力分析

彎梁板材衝壓成形過程中衝壓力的（即接（jiē）觸力）大小是決定板材能否（fǒu）順利成形（xíng）的關鍵因素（sù）。板材成形（xíng）過程（chéng）中模具與板材相互作用使板材發生大變形，需要衝壓機提供足夠的壓力。凸模與彎梁板材接觸力分布圖和凹模（mó）與彎梁板材（cái）接觸（chù）力分布圖分別如圖8和圖9所示，從圖8和圖9中可以看出，彎梁板材成形過程中模具與板材接觸力曲線先是逐步增大，到（dào）一定階段時接觸力迅速增大，然（rán）後下降，最終在一（yī）定的接觸力範圍內（nèi）波（bō）動（dòng），彎梁板材與凸模中間（jiān）接觸力最大值為 235，24kN，彎梁板材與凸模兩邊接觸力最大值為

556．7kN，彎梁板材與凹模中間接觸力最大值（zhí）為

40 17 kN，彎梁板（bǎn）材與凹模兩邊接觸力最大值為 298kN。當摩擦（cā）因數設定為0．10時（shí），板材與（yǔ）凸（tū）模的接（jiē）觸力最大值將由556．7kN降低為51 & 3kN，通過改變（biàn）板材與模具之（zhī）間的潤滑條（tiáo）件，可以降低接觸力。

板材與凸模兩 邊接觸力

o，3 o、4 o，5 o、

o．

日0．

力（lì） 6

時間／s

圖8凸模與彎梁板材接觸（chù）力分布圖

板材與凹（āo）模中間接（jiē）觸

板（bǎn）材與凹模兩（liǎng）邊接觸力

o ．

力

．4 05

時間/s

圖9 凹模與彎（wān）梁板材接（jiē）觸力分布圖

2013年第11期 現代製造（zào）工程（Modern Manufactunng Engineenng)

3成形工藝改進

根據上述有限元數值模擬結果，對現有成形工藝進行了改進

1） 針對彎梁的彎曲麵部分區域有褶皺趨勢的問題，新工藝增加（jiā）上圓弧曲麵和下圓（yuán）弧曲麵的模具壓延力，上（shàng）圓弧曲（qǔ）麵（miàn）壓延力由原來的5kN增加（jiā）到10kN，下圓弧曲麵壓延力（lì）由原來的2kN增加到5kN0

2） 針對等效應力與應變最大值主要分布在壓延（yán）邊與側麵筋板交界位置的（de）問（wèn）題（tí），為避免應力集中造成的板材拉裂，新工藝在壓（yā）延邊與側麵筋板交界位置采用半徑大於R6mm的工藝過渡（dù）圓角（jiǎo）。

3） 根據（jù）摩擦因數的（de）降低可（kě）以降低板料與模具之間接（jiē）觸力的結論，新工藝對板料（liào）毛坯采用雙麵預塗刷 20號（hào）機油（yóu）潤滑措施，降低板材（cái）與模（mó）具之間的摩擦因數。

通過以上的工藝改進，05CuPCrNi高耐侯結構鋼彎梁成形質量大大提高，在模具使用壽命期限（xiàn）內產品不合格率由原來的5％降低（dī）到1％以下。圖10所示為工藝改進後衝壓成形的彎梁零件實（shí）物圖。

圖10工藝改進後衝（chōng）壓成形（xíng）的彎梁零件實物（wù）圖

（上（shàng）接第75頁）

四（sì）川電子音像出版中心，2 5．

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4結語

本文利用有（yǒu）限元（yuán）數值模擬對彎梁板材衝壓成形過程進行了仿真研究，得到了彎梁板材成形極限圖、厚度減（jiǎn）薄率（lǜ）分布（bù）圖、應力及（jí）應變分布圖。根據有限元數（shù）值模（mó）擬結（jié）果（guǒ）對現有（yǒu）成形工藝進行了改進，新工藝大大降（jiàng）低了產品的（de）不合格（gé）率。

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作者簡介：謝秉順，工（gōng）程師。

通訊作者：盧文壯（zhuàng），教授，博士生導師。

E-mail：meewzlu@ nuaa. edu. cn 收稿日期：2013幻3 ·26

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