LYl2半球形件拉深成形过程的动力显式有限元模拟

基于连续介质力学及有限变形理论,建立了用于三维板料成形过程模拟的有限元模型,开发了动力显式算法的板料成形过程模拟的有限元分析程序DESSFORMM3D.最后,用笔者新开发的动力显式弹粘塑性有限元程序对不同压边情况下半球形件的拉深过程进行分析,并把数值结果与实验进行对比,验证了软件的计算结果.     

板料成形模拟中压边力处理的研究

针对弹性压边建立了一个力学模型,用于板料成形的动力显式有限元模拟.以MUMISHEET'93方盒拉深标准考题为例,模拟了方盒在不同压边力情况下的起皱情况.数值计算结果表明该模型能有效地模拟弹性压边力,并预测工件法兰部位的起皱状况.     

板料V形弯曲回弹的动力显式有限元分析

板料成形后的回弹对精度影响较大,在数值模拟时对回弹进行精确预测显得非常重要.基于连续介质力学及有限变形理论,建立了适合于三维板料成形分析的显式算法的有限元数学模型,采取集中质量矩阵,用动力显式积分的方法,使位移计算显式化,避免了由材料、几何、边界条件等高度非线性因素引起的计算收敛问题.根据该模型开发了动力显式算法的板料成形过程模拟的有限元分析程序DESSFORM3D,应用该软件模拟了包括回弹在内的整个板料V形弯曲的成形过程.通过3个不同凸模行程时计算与实验的板料几何形状对比以及计算结果与实验结果对比,验证了软件计算结果的准确性.     

板料冲压成形和回弹分析过程的三维动态模拟

利用ANSYS/LS-DYNA非线性动力有限元程序的显式-隐式连续求解功能,模拟了板料成形过程与卸载后板料回弹变形的全过程,得到了成形过程中任一时刻各处的应力和应变值及卸载后板料的回弹结果.     

板料V形弯曲回弹的动力烛式有限元分析

板料成形后的回弹对精度影响较大，在数值模拟时对回弹进行精确预测显得非常重要。基于连续介质力学及有限变形理论，建立了适合于三给板料成形分析的显式算法的有限元数学模型，采取集中质量矩阵，用动力显式积分的方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界条件等高度非线性因素引起的计算收敛问题。根据该模型开发了动力显式算法的板料成形过程模拟的有限元分析程序DESSFORM3D，应用该软件模拟了包括回弹在内的整个板料V形弯曲的成形过程。通过3个不同凸模行程时计算与实验的板料几何形状对比以及计算结果与实验结果对比，验证了软件计算结果的准确性。     

板料成形数值模拟有限元求解算法

正确选用有限元求解算法是成形模拟成功的关键技术之一。阐述了板料成形数值模拟的4种有限元求解算法,即静力隐式算法、动力显式算法、静力显式算法和一步成形法,并对这4种算法进行了论述和比较,介绍了其在实际中的应用,探讨了在板料成形模拟中如何选择有限元算法进行可靠、高效的有限元分析。     

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。     

研究单位压边力值对板料成形性能的影响

主要介绍板料在拉深成形过程中单位压边力值对板料成形性能的影响。研究方法采用仿真技术,指出板料在成形过程中如按最初设定的单位压边力值进行成形,那么,板料成形过程中单位压边力值将逐渐增大,严重影响板料成形极限。如果采用控制板料在成形过程中压边圈下坯料的单位压边力值,将提高板料成形极限。其结论为生产现场提高板料成形性能和表面质量提供了一种可实施的方法。     

基于动力显式算法的热成形数值模拟预测

考虑金属热处理相变动力学模型,建立了适用于高强度钢板热成形的热、力、相变多场耦合本构方程。基于大变形动力显式有限元算法及上述多场耦合本构方程,建立了热成形动力显式有限元方程。并将板料相变潜热释放引入到热成形温度场分析过程中。在自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King Mesh Analysis System)基础上开发了热成形动力显式分析模块,可用于预测热成形过程中零件的厚度变化、温度变化、微观组织各相的体积分数以及硬度分布。随后采用该模块对一款汽车B柱的热成形过程及最终力学性能进行数值模拟预测,并与试验结果进行对比,对比的一致性证明了所建立的多场耦合本构方程及KMAS热成形动力显式分析模块的正确性。     

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.     

板料冲压过程的数值仿真与参数优化

采用有限元动态分析技术,采用HILL屈服准则,模拟了板料拉深成形的过程,结合实验拉深进行比较,模拟结果与实验数据符合.应用0.618-维搜索优化方法,在数值模拟中对压边力进行了优化,为实验中压边力的确定提供了参考数据.     

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。     

大型铝合金曲面件在电磁渐进成形首次放电条件下的起皱行为研究

针对大型铝合金曲面件电磁渐进成形技术,采用整体压边和分块变压边力压边的方式,研究了电磁渐进成形工艺中首次放电后板料的起皱现象和规律,揭示了压边力对电磁渐进成形首次放电过程中板料起皱和材料塑性流动行为的影响。结果表明:数值模拟结果预测出的首次放电后易起皱区域为板料的法兰区和悬空侧壁区,与实验结果一致;整体压边方式下法兰区域和悬空侧壁区域无起皱的临界压边力分别为8.4 kN和21.6 kN;分块变压边力方式下,最靠近局部塑性变形区的压边分块上的法兰区域无起皱临界压边力为8.4 kN,最靠近悬空区的对称的两个压边分块上的悬空侧壁区域无起皱临界压边力为23.8 kN,且相比于整体压边方式的无起皱临界条件下,在分块压边方式的无起皱临界条件下板料的变形流动能力得以明显提高。     

动态镦粗过程的动力显式有限元分析

为了研究金属的三维动态锤锻成形过程,基于连续介质力学及有限变形理论,建立了一种有限元模型.采用动力分析方法,在运动方程中加入惯性力项考虑锤锻中显著的惯性效应;根据设备的工作原理按照能量守恒定律计算变形期间的锤头速度;同时,将变形视为一个绝热过程计算变形期间试样内部的温度升高.基于建立的模型开发了动力显式有限元分析程序,模拟了铅块试样在落锤打击下的动态镦粗过程,给出了试样内部的位移、等效应变、等效应力和温度分布规律.将变形后试样几何形状、成形载荷-时间曲线和锤头速度-时间曲线的计算结果与实验结果相对比,表明了开发程序计算结果的准确性.     

铝镁合金温热介质充液成形加载条件及温度场影响研究

目的探究液室压力和拉深速度以及温度场分布规律对成形性能的影响。方法在通用有限元软件MSC.Marc中建立5A06铝镁合金温热介质充液成形有限元模拟的专用平台,对典型零件温热介质充液成形进行有限元模拟。结果在液室压力为5 MPa、拉深速度为5 mm/s的情况下成形效果最好,最佳温度场分布为凹模与板料温度250℃、凸模温度20℃、压边圈温度300℃,在此条件下,凸模直径为100 mm时极限拉深深度可达到161.4 mm。结论液室压力和拉深速度以及温度场的分布对成形性能有着显著影响。     

6061铝合金飞机溢油口拉深成形研究

目的 掌握深腔薄壁溢油口拉深成形工艺,解决拉深成形过程中起皱和破裂问题,研究各参数对拉深成形的影响规律,最终成形出合格产品。方法 以6061铝合金飞机溢油口为主要研究对象,采用Dynaform有限元数值模拟软件建立有限元模型,分析成对拉深成形对材料流动的影响并与单一拉深成形进行对比,通过改变毛坯外形尺寸、凹凸模间隙和压边力等参数进行拉深成形模拟试验研究,最终通过拉深成形试验验证成形方法及各参数设置的合理性。结果 成对拉深成形能限制单一拉深成形圆弧开口位置材料收缩,改善开口处起皱和变形缺料的现象。随着凹凸模间隙的增大,最大减薄率逐渐降低而后升高,最佳成形凹凸模间隙为1.05t;随着压边力的增大,最大减薄率逐渐升高,最大增厚率逐渐降低,最佳成形压边力为50 kN;凹模圆角半径小于7 mm 时,板料最大减薄率逐渐减小,半径为4 mm时,最大减薄率下降最快,半径在7~8 mm范围内,板料最大减薄率趋于平稳,最佳成形凹模圆角半径为7 mm。结论 模拟得到了毛坯外形尺寸、凹凸模间隙和压边力等参数对拉深成形的影响规律,最终制造出了满足设计要求的产品,验证了各参数设置的合理性。     

方盒件拉深法兰区不均匀流动的模拟分析

盒形件及一些复杂形状的零件在拉深成形时,由于其形状的非轴对称性,变形沿变形区的周边分布是不均匀的,往往会造成各种形式的缺陷.利用开发的动力显式弹塑性有限元程序FEMStamping模拟了NUMISHEET'93国际会议的标准考题之一方盒形件的拉深成形过程,分析了摩擦系数、压边力和凹模圆角半径等工艺参数及毛坯形状与尺寸对法兰变形区材料不均匀流动的影响规律,给出了改善方盒形件成形质量的一些工艺措施.     

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。     

拼焊板U形件弯曲成形回弹补偿和焊缝移动规律研究

为了提高预测回弹的准确性,选用了拼焊板U形件作为研究对象,运用Dynaform软件,进行冲压成形和回弹的有限元数值模拟研究,得出了压边力、板料强度以及板料厚度对焊缝移动的影响规律,并探讨了焊缝、压边力、材料性能参数和板料厚度对回弹的影响,最终进行回弹补偿与实验验证.研究结果表明随着压边力的增大,焊缝向厚侧移动;板料强度不同时,焊缝向强度高的一侧移动;厚度不同时,焊缝向板料厚的一侧移动;焊缝会令板料的回弹量增大;随着压边力的增大,回弹量减小;弹性模量相同的条件下,材料屈服极限σs越高,回弹角越大;材料硬化指数n越小,回弹角越大;保持厚侧板料不变的情况下,另一侧板料越薄,回弹量越大.     

浮动凹模主动径向加压的筒形件拉深研究

提出了一种浮动凹模主动径向加压的工艺方法,分析了凸凹模夹紧坯料在拉深过程中的力学特点,说明了该方法能提高板料成形能力的技术关键,以带法兰的筒形件拉深为研究对象,运用LS-DYNA对采用该工艺方法和常规拉深进行有限元模拟并比较,结果表明,该工艺方法的拉深效果是显著的。