板料成形数值模拟的关键技术及难点

本文结合国内外板料成形数值模拟的最新研究动态，从关键算法、屈服函数、本构方程、有限元列式、接触问题、破裂准则、回弹计算、起皱分析八个方面叙述了板料成形有限元计算的关键技术及主要难点。     

基于CAE的铝合金板料冲压成形中摩擦特性研究

依据摩擦理论和有限元仿真理论,通过数值仿真计算的方法,将有限元计算出的摩擦力与实际生产中的摩擦力对应起来,分析了不同摩擦系数下铝合金板料在冲压成形过程中的摩擦特性。研究了铝合金板料在冲压成形过程中的摩擦力变化规律以及不同摩擦系数对摩擦特性和成形质量的影响。研究表明:铝合金板料冲压成形后期摩擦力随着摩擦系数增大而迅速增加,但板料成形质量评价指标升高,板料厚度更加均匀;通过研究不同节点摩擦力随时间的变化曲线,板料减薄区和起皱区的摩擦力变化规律完全不同。     

环形蒙皮零件的被动式充液成形技术北大核心CSCD

为解决大尺寸复杂曲度蒙皮类零件成形过程中产生的起皱及回弹现象,针对环形蒙皮类零件开展被动式充液成形技术的研究。通过有限元分析发现,液体压力可以显著改变唇口外侧的应力状态,对悬空区的起皱现象的抑制效果明显,在最大液体压力达到4 MPa时,环形蒙皮外侧无起皱现象。液体压力较小时,径向、周向应力达到峰值时,零件起皱高度最大,在一定压力范围内随着压力的增加,环形蒙皮外侧的周向、径向应力趋于固定值,使得唇口零件外侧处于拉-拉的应力状态条件,更有利于零件的成形。同时,随着压力的增加,板料内、外侧位移的绝对值逐渐减小,直至趋于固定值,液体压力可有效抑制板料与凸模的相对滑动,使得环形蒙皮零件的内、外侧板料的流动更加均匀。     

薄板冲压大变形起皱的局部无网格法数值模拟

以有限元理论及方法为基础的CAE技术在冲压工艺分析中发挥了巨大作用,解决了许多以前靠解析方法和实验无法深入研究的问题。但是由于单元网格带来的一些缺陷,在模拟形状、边界条件复杂的板料冲压过程时遇到了困难。文章针对有限元方法在板料冲压大变形起皱情况下数值模拟的不足,研究局部无网格法计算,即在发生起皱大变形区域采用无网格伽辽金方法,其他区域仍用有限元方法,有效地平衡了计算精度与计算效率的矛盾。通过算例分析效果很好,对于提高冲压CAE软件的实际应用能力有重要意义。     

基于有限元模拟的变截面辊弯成形起皱缺陷预测

针对变截面辊弯成形过程中凸弧受压失稳起皱问题,利用改进后的C-B起皱预测准则和有限元仿真技术,计算起皱因子以评价板料凸弧各处起皱发生的难易程度,生成起皱云图以观察材料各部分的稳定状态并预测可能出现起皱的部位。根据此准则,通过正交实验研究板厚、圆弧半径、边腿高度和圆弧圆心角对起皱的影响规律,为修改辊弯成形工艺和模型提供依据。有限元仿真模拟结果与理论推导数据吻合良好,证明了起皱准则的有效性和精确性。     

板料成形的数值模拟及其在U形法兰件中的应用

板料成形的数值模拟可以预测并显示板料在拉深过程中的起皱、拉裂、板料的厚度变化等。描述了板料成形的物理过程、力学模型与模拟典型成形过程，讨论了数值模拟的数学方法与有限元模拟及其求解步骤，并运用软件Dynaform模拟分析了U形法兰件的成形过程，分析了零件的厚度分布，预测了零件可能产生起皱的部位，提出了消除或减少起皱的工艺改进方案。     

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NUMISHEET‘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。     

薄壁双曲率金属包边冲压起皱机理及控制方法

针对薄壁双曲率金属包边在冲压过程中由于抗失稳能力弱、变形不均匀而容易塑性失稳产生起皱的问题,提出了采用分区压边与弯曲压边的方法以控制起皱缺陷。对304不锈钢板进行力学性能测试,获得了材料模型参数,建立了分区压边和弯曲压边的有限元分析模型,根据正交法则对凹模圆角半径、模具间隙和板料轧制方向进行了3因素2水平试验设计。通过将方形薄板能量法理论与有限元方形壳单元结合,编写了以能量法理论为核心的M程序,实现了对板料模型起皱现象的定量分析,揭示了起皱机理。分析了工艺参数对板厚均匀性与起皱水平的影响程度并进行了参数优化,基于最优工艺参数开展了冲压工艺试验。有限元仿真、能量法理论分析与试验的结果表明,采用弯曲压边模具,薄壁双曲率金属包边成形质量良好,起皱缺陷得到了抑制。     

基于Autoform的汽车覆盖件成形有限元分析

论述了板料冲压成形有限元模拟的理论和主要步骤。采用Autoform中的增量计算法与双动拉延对汽车覆盖件进行了冲压成形过程的有限元分析,预测了板料成形过程中减薄、拉裂、起皱等缺陷,同时分析缺陷产生的原因;通过调整拉深筋参数与压边力大小,对成形结果进行优化,证明了有限元模拟分析设计方法具有实用性。     

板料成形数值模拟研究

介绍了板料成形动态显式有限元模拟的基本理论,讨论了成形模拟中接触摩擦算法,起皱、破裂的判断及回弹模拟等关键技术。最后,通过介绍NUMISHEET’99三组标准考题及主要模拟研究结果,讨论了有限元模拟技术在板料成形中的应用。     

管理面强压对CAE拉深精算的影响

从理论上分析了强压对现场拉深及CAE模拟的影响,对比研究了强压对Dynaform和Autoform拉深精算的影响。研究结果表明:板料在CAE分析时受力状态与现场受力状态不一致;对上端与下端料边距离拉深筋相差较大的板料,精算时需考虑强压的影响;Dynaform拉深精算受强压影响较大,强压越大,摩擦力受板料形状影响越小,模拟效果越好;管理面强压对Autoform拉深模拟没有影响,故Auto-form不适合需强压的制件的拉深成形模拟。     

铝合金复杂曲面薄壁罩体充液拉深失稳控制技术

以某典型铝合金复杂曲面薄壁罩体为研究对象,采用数值模拟与工艺试验相结合的方法分析了凸模初始反胀位置与液室压力对成形失稳的影响规律,优化了成形工艺参数。结果表明,当凸模初始反胀位置低于凹模型面时,凸模进入凹模时悬空区板料没有液室压力的作用,悬空区板料处于一拉一压的应力状态,悬空区容易起皱;当凸模初始反胀位置在凹模型面上方时,凸模进入凹模时悬空区板料已经受到液室压力的作用,处于双向拉应力状态,因此可以抑制悬空区起皱;当液室压力较高时,悬空区板料承受较大的拉应力容易破裂。合理控制凸模初始反胀位置与液室压力可以消除悬空区起皱与破裂。     

板料成形的数值模拟及其在U形法兰件中的应用

描述了板料成形的物理过程、力学模型与模拟成形过程，讨论了数值模拟的数学方法与有限元模拟及其求解步骤，并运用软件Dynaform模拟分析了U形法兰件的成形过程．分析了零件的厚度分布，预测了零件可能产生起皱的部位，提出了消除或减少起皱的工艺改进方案。     

基于Design-expert软件的汽车挡泥板多目标优化

为了解决板料成形中起皱和拉裂的问题,以某汽车挡泥板为研究对象,基于Design-exper软件,建立了摩擦系数、压边力、拉延筋阻力系数与板料拉裂、起皱之间关系的数学模型。并利用该软件进行了多目标优化,得到了最佳的参数组合:摩擦系数为0.13,压边力为350 k N,拉延筋阻力系数为35%。通过有限元模拟和生产实践验证,证明了该方法的可行的。     

某汽车前门内板冲压成形仿真起皱评价指标失效研究

以某汽车前门内板拉延过程中出现的起皱缺陷为例，通过鱼骨分析法对起皱原因进行排查，并对前期工艺设计阶段的冲压仿真进行回顾，得出仿真与实际流入量情况基本一致。再通过起皱趋势、表面缺陷高度、过程分析以及成形性等冲压仿真的起皱评价指标对前门内板的拉延过程进行评估，发现以上起皱评价指标在产品平缓区域存在失效情况。针对此情况，引入起皱高度Δ,并将其与板料跟上模的接触距离关联起来，通过板料厚度的3%、5%和10%这3个阈值对冲压件的起皱进行量化分级，同时优化冲压成形仿真参数设置，提出了针对产品平缓区域的起皱评价指标及流程。最后，通过工程验证，该起皱评价指标及流程对产品平缓区域的起皱评估有效。     

压边力在车身覆盖件成形中的应用

板料冲压成形中的主要缺陷为撕裂、起皱，而引起这些缺陷的因素又多种多样，如模具结构参数、板料材料物理性质、摩擦与润滑、冲压设备的选择、压边圈的设置等。要达到正确分析各参数的影响，必然要借助于弹塑性有限元理论和计算机技术。本文综合国外最近几年的研究结果，分析压边力这一参数对撕裂和起皱的影响规律，以及为此而采取的措施。     

后侧门内板锁孔附近起皱缩颈开裂的解决方法

针对汽车后侧门内板在成形过程中锁孔附近产生起皱开裂的问题,分析了起皱开裂产生的原因,起皱区域需局部增加板料成形或减少板料流动,缩颈开裂区域需局部减少板料成形或增加板料流动。采用四象限分析法,采取增大R角或拔模角度、调整废料区刺破刀、加高法兰边工艺补充、提高模具零件表面粗糙度和硬度、控制板料油膜厚度、调整气垫压力、将凹模、凸模和压边圈镀铬等措施,使起皱和缩颈开裂缺陷得到有效控制,提高模具生产稳定性。     

基于Autoform的汽车左右护板的冲压成形有限元分析

介绍了汽车覆盖件冲压成形仿真的研究背景,论述了板料冲压成形有限元模拟的理论和主要步骤。采用Autoform软件对汽车左、右护板零件进行了冲压成形过程的有限元分析,完成了左右对称零件在Autoform软件中的模拟参数优化,预测了板料成形过程中减薄、拉裂、起皱等缺陷,同时分析缺陷产生的原因;通过调整拉深筋参数与压边力大小,对成形结果进行优化,证明了有限元模拟分析设计方法具有实用性。     

薄板多点成形中的拉裂现象研究

拉裂现象在薄板成形过程中很容易发生。文章采用有限元数值模拟手段,研究了薄板多点成形过程中的拉裂现象,分析了有压边多点成形时鞍形件的拉裂情况,提出了能够避免拉裂的柔性压边成形方式,分析了刚性压边与柔性压边成形时的成形极限与成形效果等,证明了柔性压边成形能够很好地解决板料起皱与拉裂的矛盾关系。当采用刚性压边多点成形时,加大压边力板料可能拉裂,减小压边力板料可能起皱;而采用柔性压边多点成形方式可以有效避免起皱和拉裂的发生,并且大大提高变形量,得到更好的成形结果。     

有限元分析在冲压模具设计中的应用

通过建立有限元模型，运用成形缺陷模拟和虚拟修模，解决由于不规则的形状而导致塑性流动的不均匀性所产生的拉裂和起皱，并运用在有限元分析过程中得到的工艺参考参数，如板料应力应变分布、厚度分布、成形力和压边力变化曲线等，缩短冲压模具设计周期。