板料成型中起皺現象的數值模擬研究

鄭欽禮

（河南工業(yè)技師學院，河南 鄭州 450007）

1 壓邊力對起皺影響分析

壓邊力參數的合理取值調整和控制是控制金屬流動防止出現起皺和破裂的最重要手段之一。我們計算出的壓邊力是300k N，所以我們分別取 100k N，200k N，300k N，400k N，四種方案進行模擬。

在設置成無拉延筋的情況下起皺比較嚴重，還有局部變形不夠充分。單純加大壓邊力對起皺的抑制不明顯，卻使局部地區(qū)因拉應力變大而減薄嚴重。當壓邊力為200k N時，有較多區(qū)域處于變形不充分狀態(tài)，當壓邊力為300k N時，雖然變形區(qū)域增多，但開始有進入臨界破裂的區(qū)域。而壓邊力為400k N、500k N時，變形區(qū)域繼續(xù)增大，但進入臨界破裂的區(qū)域也隨之增多。所以我們粗選300k N的壓邊力進行我們下邊的模擬。

2 拉延筋對起皺的影響分析

（1）拉延筋的應用。拉延筋是板料成型中的重要控制手段，尤其是在曲面零件、半軸對稱零件及大型覆蓋件的成型中更是占有舉足輕重的地位。拉延筋參數的合理取值以及拉延筋的合理布置是控制金屬流動、防止出現起皺和破裂的重要手段之一。在壓料面上，拉延筋能控制整個拉延毛坯的流動，根據拉延件拉延的需要，增大或減小壓料面上各部位的進料阻力。本套模具就是采用拉延筋來控制整個毛坯的金屬流動。

（2）拉延筋的布置。拉延筋裝在壓料圈壓料面上還是裝在凹模的壓料面上，都不影響拉延筋的作用。但是，為了打磨方便一般要求拉延筋裝在壓料圈的壓料面上。只有在壓料面形狀復雜或出于覆蓋件結構上的需求時，才將拉延筋設置在上面凹模壓料面上。拉延筋至凸模外輪廓的尺寸沿凸模外輪廓不變。尺寸大小決定于凹模圓角和壓料圈的強度，一般取30~35m m。拉延筋相互之間的尺寸沿拉延筋形狀不變，一般取28~30m m。如果壓料面就是覆蓋件本身的凸緣面時，則拉延筋距凸模外輪廓尺寸等于拉延筋距修邊線尺寸和修邊線距凸模外輪廓尺寸之和。拉延筋之間的尺寸仍取28~39m m。

（3）拉延筋的設置 。在本零件中，我們在壓邊圈上設置半圓截面等效拉延筋，其布局如圖1所示。為了找出合適的拉延筋最小高度，我們分別采用4m m,5m m,6m m的拉延筋進行模擬，圖2，3，4分別是4m m,5m m,6m m拉延筋高度時的成型極限圖。按前文所述我們粗選300k N的壓邊力。

由圖6和圖7所示，當拉延筋高度為4m m時板料變形不充分，拉延筋高度為5m m時，變形區(qū)域明顯增加，其皺區(qū)域明顯減少。尤其在畫圈處，起皺隨著拉延筋高度的增加明顯的減弱。因此我們粗選高度為5m m的拉延筋進行我們下一步的優(yōu)化。

圖1 拉延筋拉延筋高度為4mm的F L D圖

圖2 拉延筋高度為4mm的F L D圖

圖3 拉延筋高度為5mm的F L D圖拉延筋高度為6mm的F L D圖

圖4 拉延筋高度為6mm的F L D圖

3 材料對起皺的影響

材料的性能對起皺也有較大的影響，拉延時應選擇適應于相應拉延工藝的材料。我們下面選用D Y N A F O R M毛坯材料庫中D Q 36材料，其力學參數如圖5所示。厚度1m m，沖壓距離59.147m m，壓邊力300k N，拉延筋高度5m m，繼續(xù)我們的模擬，得到的結果如圖6所示。

從該圖的模擬結果可以明顯看出，材料大部分地方被拉開，并且無破裂傾向。

圖5 DQ36材料力學性能圖

圖6 DQ36材料FLD圖

我們從模擬的過程中可以總結出起皺的產生主要有以下幾個方面的影響因素：①拉延筋的影響。拉延筋的布局、數量、類型和結構對調節(jié)與控制板拉延件的拉深質量有著重要的影響。通過合理設置半圓截面拉延筋的結構參數和高度，拉延件的拉深質量得到明顯改善，并可有效地防止起皺等缺陷的產生。②壓邊力的影響。壓邊力過大材料不易入凹模，從而導致拉裂。壓邊力過小則會產生起皺的趨勢。一般根據材料厚及其特征選擇合適的壓邊力，此影響就會大大降低。③坯料的性能對起皺也有較大的影響，拉延時應選擇適應于相應拉延工藝的坯料。要提高我國板材成形C A E技術的水平，在引進、吸收國外高新技術的前提下，還需要多學科的交流與合作，其中包括模具設計、沖壓工藝、數值方法、力學、材料科學、計算機技術等。以便使這一高新技術能解決更多的實際工業(yè)生產問題，同時帶來更大的經濟效益。