不锈钢/铝/不锈钢复合板拉深工艺及有限元数值模拟

目的研究各工艺参数对复合板拉深成形工艺的影响,以指导实际生产。方法以不锈钢/铝/不锈钢三层复合板为研究对象,探究了复合板拉深工艺数值模拟的关键技术;结合有限元数值模拟和试验验证,预测了复合板在拉深成形中的缺陷,研究了凹模圆角半径、凸凹模间隙、压边力、拉深速度对最大减薄率的影响规律,并利用正交试验对这4种工艺参数进行了优化。结果有限元模拟中,分层复合板模型比整体模型准确度高。最大减薄率随凹模圆角半径的增大而减小,随着凸凹模间隙的增大而先减小后增大,随拉深速度的增大而增大,随着压边力的增大而增大。各成形工艺参数影响最大减薄率的主次顺序是:凹模圆角半径压边力模具间隙拉深速度。结论有利于减小最大减薄率的工艺参数优化组合为:凹模圆角半径为21 mm,模具间隙为3.2 mm,压边力为50 k N,拉深速度为10 mm/s。     

AZ31薄板热拉深工艺研究

为提高AZ31薄板热拉深质量、确定热拉深过程的合理工艺参数,选取不同的成形温度、模具间隙及凸模圆角半径,拉深成形了AZ31试样,采用KH-2200MD金相显微镜观察其内部组织变化,并通过x-ray衍射实验分析晶面取向的变化.实验结果表明,0.8mm的AZ31B镁合金板料在240℃附近的成形性能最好,拉深后材料组织晶粒大小均匀,晶面取向分布均匀.热拉深AZ31B镁合金板料应将凸、凹模间隙选为1.1倍的板料厚度.在压边力不变的条件下,随着凸模圆角半径的减小,拉深高度降低加快,并且起皱现象加重.     

2A12 铝合金平底筒形件充液拉深数值模拟研究

目的研究工艺参数对2A12铝合金平底筒形件充液拉深成形的影响规律。方法采用数值模拟方法,研究了液室压力加载路径、成形液室压力、压边力和压边间隙对板材充液拉深成形效果的影响。结果获得了充液拉深成形的失效形式,以及不同工艺参数下零件壁厚减薄率的变化规律。成形前期,液室压力不宜过大,最大液室压力在10~25 MPa之间,压边间隙在1.05~1.15mm之内,可有效避免零件过度减薄和法兰起皱。结论合理的液室压力加载路径和压边间隙,可以有效地控制零件法兰区起皱,防止凸模圆角处破裂。     

台阶盒形件起皱和开裂改善

目的 改善台阶盒形件拉深成形时凸缘区起皱和圆角区开裂的缺陷。方法 理论分析了起皱和开裂产生的原因,利用有限元模拟分析了压边力大小、凹模运行方式和板料形状对台阶盒形件拉深成形的影响,采用实验验证了有限元模拟结果的准确性。结果 长方形板料拉深成形时,4个角部相比直边部位流动阻力更大,直边部位材料过度向模具型腔内流动,造成凸缘区周向压应力过大,进而引起起皱,当零件拉深深度较大时,圆角部位材料变形剧烈且材料流动不均匀,极易产生开裂;采用20 kN的压边力、梯形的凹模向下运行方式和类椭圆形板料的工艺参数可以控制材料流动,使板料变形均匀并改善凸缘区起皱和圆角区开裂缺陷。结论 有限元模拟可为冲裁工艺参数的选取提供理论指导。     

方盒形件混合分块压边拉深工艺研究

目的 提高盒形件拉深成形过程中的成形件质量及成形极限。方法 提出混合分块压边方法,即将法兰区的4个直边区和4个圆角区沿周向分开进行压边,并在每个圆角区分别采用径向分块压边。采用有限元方法,结合正交试验,对压边圈的分块位置及压边力的分配方案进行优化设计,并通过实验比较分别采用混合分块压边方法和整体压边方法时方盒形件拉深成形的抑制起皱效果及成形极限。结果 有限元模拟和实验结果表明,采用混合分块压边方法,成形件皱纹最大幅值及最大减薄率显著减小,板料最小厚度增加,有效降低了成形件的起皱和破裂风险。结论 新方法抑制起皱的效果显著优于普通压边方法,在合理的工艺条件下,板料的成形极限也得到明显的提高。     

车用千斤顶上支成形有限元分析及工艺优化

目的 解决千斤顶上支外缘不规则曲面混合翻边成形过程中容易出现的破裂等缺陷问题。方法 基于Dynaform软件对千斤顶上支进行冲压仿真模拟,分析凸凹模圆角半径、凸凹模间隙、压边力对千斤顶上支成形的影响规律,并结合成形极限图、厚度变化云图等,采用控制变量法、正交实验对其工艺和参数进行优化。结果 经有限元分析和正交优化的千斤顶外缘曲面翻边工艺如下：凸模圆角为过渡圆角结构,其齿顶大圆角和边缘小圆角半径分别为3.5 mm和0.7 mm,凹模圆角半径为3.5 mm,凸凹模间隙为2.8 mm,压边力为50 000 N。结论 采用最佳工艺方案可生产出合格制件,实际成形件的减薄情况与模拟结果基本一致,所得成形工艺参数对制件的影响规律可为研究不规则曲面混合翻边成形提供一定的参考。     

钛/铁复合板平底球形薄壁件充液拉深工艺研究

目的 选用充液拉深先进成形技术制备钛/铁复合板平底球形薄壁件,并研究其充液拉深变形行为,以解决传统拉深工艺制备平底球形薄壁件极易产生褶皱的问题。方法 对钛/铁复合板平底球形薄壁件在不同液压力、压边间隙及凸模与板料间摩擦因数等工艺参数下的充液拉深过程进行数值模拟。对数值模拟结果进行分析,讨论工艺参数对零件成形性能的影响以及抑制起皱的机理。最后在不同拉深工艺下进行成形试验,制备钛/铁复合板平底球形薄壁件并与数值模拟结果进行对比。结果 数值模拟和成形试验结果表明,传统拉深工艺制备的钛/铁复合板平底球形薄壁件出现了明显的褶皱,采用充液拉深工艺可以有效解决零件侧壁起皱的问题。增大液压力、减小压边间隙或增大凸模与板料间摩擦因数会导致零件减薄率的提高并降低零件侧壁起皱的风险。在压边间隙1.5 mm、液压力25 MPa的条件下,采用充液拉深工艺可以制备出侧壁无褶皱的平底球形薄壁件。结论 通过充液拉深工艺可以有效解决钛/铁复合板平底球形薄壁件成形过程中起皱的问题。     

工艺参数对镀锌钢板成形性能影响的试验研究

充分发挥计算机数值模拟试验与物理试验相结合的研究方法的优点,针对影响汽车用热镀锌钢板拉深成形性能的主要工艺参数(凹、凸模圆角半径、压边力、摩擦系数)进行正交试验,得出该4种工艺参数对汽车用热镀锌钢板成形性能影响的显著性指标,并对该种板料拉深成形工艺组合进行了优化.     

基于数值仿真的冲压成形界面接触压力

为探究冲压成形过程中板料-凹模圆角区界面接触压力,采用有限元静力算法建立了U形件小圆角半径弯曲成形过程的数值仿真模型,完成了板料和模具界面接触压力数值模拟,并参数分析了钢板强度、相对圆角半径、压边力和摩擦系数对板料界面接触压力分布的影响.研究表明:与压边力和摩擦系数相比,钢板强度和相对圆角半径更明显地影响着板料界面接触压力,并随着材料强度增加和相对模具圆角半径减小界面接触压力明显增加;随着压边力和摩擦系数的增加,界面接触压力宽度也随之增大.     

电动汽车电池包铝合金顶盖拉延成形分析及工艺参数优化

目的 解决轻薄铝合金电池包顶盖拉延成形过程中的工艺质量问题。方法 采用Autoform软件对顶盖拉延成形过程进行仿真分析,在单一条件下分别研究压边力、冲压速度、凹凸模间隙以及摩擦因数对顶盖拉延成形规律的影响。以最大减薄率和最大增厚率为评价指标,通过对以上4个工艺参数进行正交实验优化,且采用正交综合评分法分析实验数据,得出影响评价指标的4个因素的主次关系(冲压速度>压边力>摩擦因数>凹凸模间隙)以及最优工艺参数。结果 最优工艺参数如下:冲压速度为1000 mm/s,压边力为800 kN,摩擦因数为0.12,凹凸模间隙为1.26 mm。采用最优工艺参数进行拉延成形实验验证,实验后测量实物顶盖,实际最大减薄率为14.3%,最大增厚率为8.6%。与仿真值比较,顶盖的实际最大减薄率误差为8.9%、最大增厚率误差为7.5%,实际值与仿真值之间的误差合理。结论 在实际生产中,该工艺参数优化的方法能够为后续轻薄铝合金顶盖的生产制造提供有价值的指导。     

汽车侧围前连接板冲压成形质量优化研究

针对汽车侧围前连接板的成形质量缺陷问题,本文通过有限元软件分析工艺参数对成形质量的影响,并完成拉延模面的回弹补偿。首先,以最大减薄率和最大回弹量为评价目标,采用正交实验对压边力、模具间隙、冲压速度和摩擦系数4个工艺参数进行分析,获得影响成形质量最大的因素为压边力,冲压速度次之,确定最优工艺参数为:压边力300 kN、模具间隙1.20 mm、冲压速度90 mm/s、摩擦系数0.11;其次,采用节点位移法对拉延模面进行2次回弹补偿,将零件的回弹量控制在允许范围内;最后,将最优工艺参数和回弹补偿面应用于现场实验,测得试模件的最大减薄率为14.64%,最大正负回弹量为1.254 4 mm/-1.327 0 mm,试模件的最大减薄率和最大回弹量均在允许范围内,实验结果与仿真分析结果相近,验证了本实验方案的可行性。研究表明:通过优化工艺参数能够有效控制减薄、起皱和拉延不足等缺陷,并能够在一定程度上减少回弹量;通过对拉延模进行回弹补偿可以有效地控制回弹量。     

PEMFC金属双极板冲压成形数值模拟与实验

目的 研究金属双极板冲压成形过程中各工艺参数和模具结构参数对成形质量的影响。方法 采用Dynaform有限元分析软件对SS304双通道蛇形流道双极板冲压成形过程进行模拟。研究模具圆角半径、模具锥度、压边力、拉延筋等因素对双极板成形质量的影响。结果 增加模具圆角半径和模具锥度可防止双极板破裂。适当增大压边力能有效消除起皱缺陷,设置拉延筋能有效改善坯料流动情况,必要时需设置多重拉延筋使零件成形完全。当模具圆角半径为0.25 mm,模具锥度为0°,拉伸深度为0.5 mm,压边力大小为60 kN,并采用双重拉延筋的情况下,所成形的金属双极板质量良好,无破裂、起皱、成形不足等缺陷。结论 模拟结果与实验结果一致,验证了模拟结果的正确性,可见采用冲压工艺成形金属双极板是可行的。     

多工位级进模冲裁工序模具磨损行为的数值分析及寿命预测

目的针对多工位级进模连续冲裁所带来的模具磨损问题。方法基于Archard磨损理论,以凸模为研究对象,对其磨损行为进行有限元数值模拟,通过设计冲裁间隙、冲裁速度、模具硬度等工艺参数之间的正交试验,获得各工艺参数对模具磨损的变化规律及最佳工艺组合;采用磨损累计法,对模具修模前的凸模圆角半径和使用寿命进行预测。结果冲裁模具磨损区域主要分布在模具圆角处,并得到单次最大模具磨损量为4.30×10-7 mm;得到磨钝后的圆角半径为0.3 mm,冲裁极限次数为27万次。结论采用该分析方法能较好地预测磨损,并为模具的保养修复提供一定的参考价值。     

复杂截面冷弯成形圆角减薄率工艺优化研究

目的 针对复杂截面车门中导轨冷弯成形过程复杂、道次繁多、Z字筋圆角减薄率过大等问题,基于车门中导轨冷弯成形工艺,优化Z字筋圆角冷弯成形工艺和减薄率。方法 利用COPRA FEA有限元仿真软件对车门中导轨成形过程进行分析,研究轧辊圆角半径、成形速度、成形策略等对圆角减薄率的影响,结合有限元分析手段不断优化工艺参数来实现中导轨Z字筋圆角精确成形,最终提出最优工艺方案并进行实验验证。结果 对于大圆角成形工艺,圆角处弯曲中性层完全位于料厚范围内,在料厚方向上既有压应力又有拉应力,壁厚减薄量较小;对于小圆角成形工艺,圆角处中性层偏出内弧面,在料厚方向上均受拉应力,壁厚只存在减薄的趋势。实验结果表明,Z字筋圆角厚度由1.33 mm变成1.46 mm,减薄率由原来的26.1%降低至18.89%。仿真结果表明,Z字筋圆角厚度由1.29 mm变成1.52 mm,减薄率由原来的28.3%降低至15.6%。对比仿真结果与实验结果可知,仿真分析最大误差为4.1%,仿真结果具有一定的可靠性。结论 最优工艺路线如下:采用大圆角、慢速成形,成形策略为中前期大圆角成形+后期小圆角成形,成形圆角半径分别为4.5、3.5、2.8、1 mm,弯折角度分别为45°、65°、78°、90°,该方案可以有效解决圆角减薄率过大的成形缺陷。     

基于变压边力的侧围外板成形研究

目的 为了提高侧围外板成形裕度,降低拉延开裂风险。方法 运用CATIA软件设计了侧围外板精细化工艺模面,并借助AutoForm软件对侧围外板拉延成形过程进行了有限元分析。结果 在恒定压边力加载的工况下,侧围外板在后三角窗及后门洞区域发生轻微开裂,无法满足成形要求。基于恒定压边力工况条件,对压边力加载方式进一步研究,提出变压边力工况条件,并模拟了9种变压边力加载方式下的成形效果,从中筛选出最优变压边力工况条件,改善了侧围外板拉延成形性,消除了开裂风险。将最优仿真数据用于侧围外板实际试模,试模结果与仿真结果基本一致,零件成形良好,最大减薄率为19.8%,最大增厚率为6.7%,符合产品质量需求,证明了变压边力工艺方案的可行性。结论 变压边力工况条件可以提高零件成形裕度。     

底支撑拉深工艺及模具设计

通过对底支撑加工工艺进行分析,介绍了底支撑拉深模具结构及工作过程,给出了该零件的工艺计算方法,提出了拉深凹模和凸模的设计方法,并对生产中出现的问题,提出了改进措施,保证了底支撑拉深成形的顺利进行。