基于冲锻成形的拉深增厚工艺数值研究模板.doc
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1、冲锻成形过程强力拉深增厚工艺有限元分析国家自然科学基金资助项目(50705034)华中科技大学 模具技术国家关键试验室 王新云 欧阳坤 夏巨谌 胡国安摘要结合冷挤压和拉深工艺特点,以双杯形工件为对象,开展了冲锻成形过程强力拉深增厚工艺研究。即在反向拉深同时,对侧壁也施加轴向推力,进行强力拉深以达成拉深并增厚目标。采取有限元模拟软件Dynaform研究了拉深增厚工艺中材料流动规律,分析了压环运动速度、压边力、凸模和凸凹模之间间隙对工件最小厚度和内壁最大厚度影响,为优化模具结构和工艺参数提供了理论依据。关键词:冲锻成形;拉深增厚;双杯形
2、件;数值模拟FEM analysis of the powerful drawing-thickening technology in the stamping-forging hybrid processAbstractA powerful drawing-thickening technology was prompted for double-cup-shaped workpieces, it combined the characteristics of cold extrusion with drawing process. An axial thrust was exerted t
3、o the sidewall in backward drawing to thicken it. The FEM software Dynaform was utilized to research the material flow. The impact of the velocity of the pressure ring, the binder force and the gap between punch and die to the minimum and maximum of the workpiece thickness were analyzed.Key words: s
4、tamping-forging hybrid forming; drawing-thickening; double-cup-shaped workpiece ; numerical simulation 1 引言对于大表面积且壁厚差改变较大零件,其通常加工方法,或是整体铸造;或是采取温/热锻后切削加工方法;或是薄壁部和较厚部分经过焊接组合并热处理等多工序方法来制造。这么不仅整体性能有所下降,成本及能耗也较高,而且工序多也造成效率较低,不符合节能和绿色制造社会发展趋势。本文提出一个结合了冲压和铸造技术特点板料冲锻成形工艺,为成形这类含有大表面积且厚差较大零件提供了一个新塑性成形方法。关键特点为
5、:以板材(或管材)为坯料,经过冲压工艺成形出中空薄壁形状,并预先在拉深工序中贮备足够体积金属,再采取铸造工艺,对特定部位压缩增厚,以提升厚度和刚度。这么,不仅可避免仅采取冲压方法制造零件,没有足够厚度和刚度缺点;也可避免仅采取铸造方法来制造大表面薄壁零件时,需要过高成形力缺点。冲锻成形工艺和焊接成形过程比较图1所表示。图1 冲锻成形和焊接成形比较a)和c)为冲压后焊接成形;b)和d)为冲压铸造整体成形和焊接或铸造方法相比,采取这种整体塑性成形方法,降低了车削加工和焊接工序,不仅能够提升材料利用率、降低能耗,而且零部件综合机械性能也有较大提升。多年出现了部分利用板坯料进行铸造研究1-4,但均只是
6、采取了板坯料来进行铸造,不一样于本文提出先拉深空间形状后增厚局部冲锻成形工艺。本文将结合有限元分析软件Dynaform,开展冲锻成形过程强力拉深增厚工艺研究,分析材料流动及局部增厚等规律。2 工艺分析 本文所研究零件图2所表示,要求中部反向拉深出壁厚大于原始坯料厚度。工艺过程为:(1)正向拉深工序,从平板坯料变形为一定深度圆杯形,初步完成零件外部薄壁形状。(2)反向拉深工序,拉深到一定高度,形成反向圆筒。在正向拉深工序,以尽可能减小壁厚变薄及起皱为目标。在反向拉深工序,以增大中间圆筒内壁厚度为目标。所以,在反向拉深时,对外壁同时施加推力,促进材料从外壁流向内壁,经过控制推力和反向拉深速度,促进
7、内壁增厚,以实现强力拉深增厚。图2 零件示意图3 模拟参数Dynaform是专用于板料成形模拟软件,能够估计成形过程中板料破裂、起皱、减薄、划痕、回弹,评定板料成形性能。本文选择Dynaform软件,对各工序进行模拟分析。模具材料选择steel,设置为刚性,板坯料和模具间摩擦系数取0.125。3.1 正向拉深正向拉深过程工件示意图图3所表示,模拟模型图4所表示。经工艺分析,可见处于窄凸缘圆筒件拉深一次拉深成形范围5。 图3 正向拉深工件示意图 图4 正向拉深模型圆板坯料厚
8、度为2mm, 直径为450mm,材料为ST14F,平面各向同性材料,参数如表1所表示,Dynaform模拟参数设置以下表2所表示。表1 材料参数参数密度(T/mm3)杨氏模量(N/mm2)泊松比屈服应力(N/mm2)数值0.28表2 正向拉深参数设置凹模压边圈凸模结束控制合模工序固定mm/s固定压边圈和凹模间距2.2mm拉深工序固定50kN5000mm/s凸模和凹模间距2.2mm3.2 反向拉深反向拉深工件示意图图5所表示:图5 反向拉深工件示意图依据工件几何尺寸,可知拉深系数为0.42,小于极限拉深系数0.55,故常规拉深方法难以一次拉深成形,图6所表示常规拉深方法模拟结果也证实了这个结论。
9、模拟中,坯料选择正向拉深后数据文件。 a)截面厚度图 b)成形极限图图6 常规拉深因为采取常规反向拉深工序不能在一个工步内拉深得到需要零件,同时,也为了达成在反向拉深工序中实现内壁圆筒增厚目标,所以,采取强力拉深成形工艺,也即在反向拉深同时,对外侧壁施加向下推力,以促进外侧壁金属流向内侧壁。强力拉深模具装置示意图图7所表示,拉深时凸凹模固定,压环、凸模成形时分别向下和向上运动,凹模浮动,在压环作用下被动运动。反向强力拉深时工艺参数见表3。图7
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