板料成型中起皱现象的数值模拟研究

郑钦礼

（河南工业技师学院，河南 郑州 450007）

1 压边力对起皱影响分析

压边力参数的合理取值调整和控制是控制金属流动防止出现起皱和破裂的最重要手段之一。我们计算出的压边力是300k N，所以我们分别取 100k N，200k N，300k N，400k N，四种方案进行模拟。

在设置成无拉延筋的情况下起皱比较严重，还有局部变形不够充分。单纯加大压边力对起皱的抑制不明显，却使局部地区因拉应力变大而减薄严重。当压边力为200k N时，有较多区域处于变形不充分状态，当压边力为300k N时，虽然变形区域增多，但开始有进入临界破裂的区域。而压边力为400k N、500k N时，变形区域继续增大，但进入临界破裂的区域也随之增多。所以我们粗选300k N的压边力进行我们下边的模拟。

2 拉延筋对起皱的影响分析

（1）拉延筋的应用。拉延筋是板料成型中的重要控制手段，尤其是在曲面零件、半轴对称零件及大型覆盖件的成型中更是占有举足轻重的地位。拉延筋参数的合理取值以及拉延筋的合理布置是控制金属流动、防止出现起皱和破裂的重要手段之一。在压料面上，拉延筋能控制整个拉延毛坯的流动，根据拉延件拉延的需要，增大或减小压料面上各部位的进料阻力。本套模具就是采用拉延筋来控制整个毛坯的金属流动。

（2）拉延筋的布置。拉延筋装在压料圈压料面上还是装在凹模的压料面上，都不影响拉延筋的作用。但是，为了打磨方便一般要求拉延筋装在压料圈的压料面上。只有在压料面形状复杂或出于覆盖件结构上的需求时，才将拉延筋设置在上面凹模压料面上。拉延筋至凸模外轮廓的尺寸沿凸模外轮廓不变。尺寸大小决定于凹模圆角和压料圈的强度，一般取30~35m m。拉延筋相互之间的尺寸沿拉延筋形状不变，一般取28~30m m。如果压料面就是覆盖件本身的凸缘面时，则拉延筋距凸模外轮廓尺寸等于拉延筋距修边线尺寸和修边线距凸模外轮廓尺寸之和。拉延筋之间的尺寸仍取28~39m m。

（3）拉延筋的设置 。在本零件中，我们在压边圈上设置半圆截面等效拉延筋，其布局如图1所示。为了找出合适的拉延筋最小高度，我们分别采用4m m,5m m,6m m的拉延筋进行模拟，图2，3，4分别是4m m,5m m,6m m拉延筋高度时的成型极限图。按前文所述我们粗选300k N的压边力。

由图6和图7所示，当拉延筋高度为4m m时板料变形不充分，拉延筋高度为5m m时，变形区域明显增加，其皱区域明显减少。尤其在画圈处，起皱随着拉延筋高度的增加明显的减弱。因此我们粗选高度为5m m的拉延筋进行我们下一步的优化。

图1 拉延筋拉延筋高度为4mm的F L D图

图2 拉延筋高度为4mm的F L D图

图3 拉延筋高度为5mm的F L D图拉延筋高度为6mm的F L D图

图4 拉延筋高度为6mm的F L D图

3 材料对起皱的影响

材料的性能对起皱也有较大的影响，拉延时应选择适应于相应拉延工艺的材料。我们下面选用D Y N A F O R M毛坯材料库中D Q 36材料，其力学参数如图5所示。厚度1m m，冲压距离59.147m m，压边力300k N，拉延筋高度5m m，继续我们的模拟，得到的结果如图6所示。

从该图的模拟结果可以明显看出，材料大部分地方被拉开，并且无破裂倾向。

图5 DQ36材料力学性能图

图6 DQ36材料FLD图

我们从模拟的过程中可以总结出起皱的产生主要有以下几个方面的影响因素：①拉延筋的影响。拉延筋的布局、数量、类型和结构对调节与控制板拉延件的拉深质量有着重要的影响。通过合理设置半圆截面拉延筋的结构参数和高度，拉延件的拉深质量得到明显改善，并可有效地防止起皱等缺陷的产生。②压边力的影响。压边力过大材料不易入凹模，从而导致拉裂。压边力过小则会产生起皱的趋势。一般根据材料厚及其特征选择合适的压边力，此影响就会大大降低。③坯料的性能对起皱也有较大的影响，拉延时应选择适应于相应拉延工艺的坯料。要提高我国板材成形C A E技术的水平，在引进、吸收国外高新技术的前提下，还需要多学科的交流与合作，其中包括模具设计、冲压工艺、数值方法、力学、材料科学、计算机技术等。以便使这一高新技术能解决更多的实际工业生产问题，同时带来更大的经济效益。