壓邊力對盒形件拉深性能的影響分析

肖小亭 梁銀禧

摘 要：對盒形件拉深成形的機理進行了研究，借助有限元分析軟件Dynaform對盒形件成形過程進行了模擬。針對沖壓成形過程中壓邊力對盒型件拉深性能的影響進行了研究，分別模擬了4種不同壓邊力下的盒型件成形過程，得出零件的成形極限圖以及厚度變化數據，零件的最大變薄率隨著壓邊力的增大而增大，最大增厚率的變化規律則相反。對于本文研究的盒型件，最佳的壓邊力大小為400kN，盒型件的最大變薄率為28.56%，最大增厚率為8.34%，滿足成形要求。

關鍵詞：盒形件;壓邊力;拉深

Abstract： In this paper， the mechanism of deep drawing of box is studied， and the forming process of box is simulated by the finite element analysis software DYNAFORM. In this paper， the influence of the blank holder force on the deep drawing performance of the box part is studied. The forming process of the box part under four different blank holder forces is simulated respectively. The forming limit diagram and the thickness change data of the part are obtained. The maximum thinning rate of the part increases with the increase of the blank holder force， while the change rule of the maximum thickening rate is opposite. For the box parts studied in this paper， the optimal blank holder force is 400kN， the maximum thinning rate is 28.56%， and the maximum thickening rate is 8.34%， which meets the forming requirements.

前言

拉深，是利用模具使沖裁后得到的平板毛坯變成為開口的空心零件的沖壓加工方法。利用拉深工藝可以制造盒形、筒形等各種形狀的薄壁零件，因此，拉深工藝在國民產業中占有相當重要的地位。

對于盒型件的拉深成形，已有不少學者進行了研究：王鳳琴等[1]通過對盒形件拉深成形進行有限元模擬，得到了法蘭變形區定量應力解析解;官英平等[2]選取AZ31B鎂合金方盒形件為拉深成形試驗對象，采用正交試驗法確定了最佳工藝參數組合;齊新華[3]等對無凸緣橢圓盒形件的拉深成形進行了數值模擬，同時對橢圓度和沖模速度對成形的影響進行了研究;揭小平等[4]利用有限元軟件，模擬了盒形件的回彈及厚度變化，確定了合理的零件拉深形狀。

在沖壓成形過程中，壓邊力的大小對于成形性能的影響較大。本文擬采用Dynaform分析軟件，對盒形件的拉深過程進行仿真模擬，在此基礎上研究壓邊力對盒形件拉深性能的影響。

1 盒形件拉深機理

盒形件是一種非回轉體的零件，拉深時，由于其幾何形狀的非回轉體性，變形沿變形區周邊的分布是不均勻的，直邊區變形小，圓角區變形大，而且變形區內的變形是非常復雜的。

2 盒形件拉深過程仿真

借助Dynaform分析軟件對盒型件成形進行模擬，從而直觀地觀察整個過程。在分析過程中，選用材料為304不銹鋼，牌號為0Cr18Ni9DQ，厚度為2mm，抗拉強度σb≥520（MPa）。

數值模擬分析過程如下：

（1）實體建模：利用三維建模軟件Creo Parametric 2.0建立盒形件拉深凹模，保存為.igs文件，用于導入dynaform分析;

（2）有限元建模：用dynaform打開第一步創建的.igs文件，對模型進行網格劃分和檢查，同時采用同樣的方法建立凸模的模型，利用劃分完的凹模單元偏移，創建壓邊圈，并利用軟件反求出坯料模型，即完成分析所需所有模型的有限元建模;

（3）分析設置：利用dynaform中的AutoSetup功能，定義板料的材料參數，然后分別設定凹模、凸模以及壓邊圈的相對位置，設定合模和沖壓仿真的參數，即設定凸模的速度和壓邊圈的壓邊力等，完成以上操作后可以得到開模狀態下的成形工件位置模型如圖2所示。

（4）分析結果讀取：完成AutoSetup后，提交ls-dyna求解器進行任務求解，求解完成后可以獲得成形零件的成形極限圖、應力應變云圖、厚度變化云圖以及變形過程的動畫等，用來評斷盒形件成形性能的好壞。

3 壓邊力對拉深性能的影響分析

壓邊力是指在拉深過程中為了解決起皺問題而施加在壓邊圈上的力，在沖壓過程中，壓邊力是影響沖壓成形質量的重要參數之一，壓邊力過小，零件容易起皺，壓邊力過大，零件容易變薄或斷裂，因此，本次仿真的目的是找出合適的壓邊力。

為了研究壓邊力的影響規律，設定摩擦系數為0.125、沖壓速度為5000mm/s，選取壓邊力200kN、400kN、600kN、800kN進行有限元仿真分析，獲得成形極限圖分別如圖3中的（a）、（b）、（c）、（d）所示。

從不同壓邊力下的成形極限圖可以看出，當壓邊力為200kN時，盒型件的邊緣出現明顯的起皺，當壓邊力超過600kN時，盒型件的變薄較大，會發生拉裂的風險。因而，對于本文研究的盒型件，較合理的壓邊力大小為400kN左右，此時的零件成形狀態較好，盒型件的最大變薄率為28.56%，最大增厚率為8.34%，滿足成形要求。

4 結論

通過對盒形件的拉深過程的仿真分析，比較了不同壓邊力下的盒形件成形性能。可以得出，零件的最大變薄率隨著壓邊力的增大而增大，最大增厚率的變化規律則相反。也就是表明，過大的壓邊力可能導致零件拉裂，過小的壓邊力則會使零件出現起皺。仿真分析的結果可以為生產提供指導。

參考文獻

[1] 王鳳琴，趙軍，官英平，等.盒形件拉深過程中法蘭區應力解析[J]. 哈爾濱工業大學學報，2003（04）：105-107.

[2] 官英平，楊柳，段永川.AZ31B鎂合金方盒形件拉深成形工藝參數研究[J].鍛壓技術， 2014， 39（6）：45-49.

[3] 齊新華，李勇，張占哲，等.無凸緣橢圓盒形件拉深成形的數值模擬[J].熱加工工藝， 2011， 40（15）： 79-80.

[4] 揭小平，葉建雄，袁有錄，等.盒形件拉深成形工藝的數值模擬[J]. 鍛壓技術，2008（03）：132-135.