盒形件主动式液压成形仿真分析研究

苏海迪+吴量+常雪

摘 要：主动式液压成形具有成形产品表面质量高，壁厚分布均匀等优点。本文借助非线性有限元软件DYNAFORM对盒形件主动式液压成形过程进行数值模拟，通过对成形板件中心截面各测点壁厚分布来研究液室压力对成形质量的影响规律，为板材液压成形技术的工业化应用提供参考。

关键词：DYNAFORM；盒形件；液压成形；数值模拟；壁厚分布

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.017

1 引言

板材液压成形作为一种先进的加工工艺，受到世界各国学者的广泛关注[1]。苑世剑等对板材液压成形技术的现状进行了介绍[2]。本文介绍了采用非线性有限元软件DYNAFORM对矩形盒形件主动式液压成形进行模拟的过程[3]。重点对液室内的压力值进行研究，探讨其对成形质量的影响规律。

2 有限元模型

本文选用液压成形中常用的36号低碳钢（DQSK），厚度为1mm，该材料的材料力学性能参数如表1所示。

原始板坯长度为130mm，宽度为80mm，圆角半径为20mm。成形区长度为100mm，宽度为50mm，圆角为15mm，高度为8mm。有限元仿真过程中，凹模和压边圈定义为刚体。如图1所示为液压成形有限元模型，主要包括原始板坯、压边圈和凹模，采用二维壳单元进行网格离散，其中原始管坯单元格数为1134个，模具单元格数为4837个。

3 液压成形有限元分析

本章研究不同液室压力在盒形件液压成形过程中对板件壁厚的影响规律。选取成形件中心截面为研究对象，如图2所示在中心截面上选取11个壁厚测量点。

为研究不同液室压力下盒形件液压成形规律，分别选取液室压力10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa和60MPa进行数值模拟，加载方式为线性加载，选取压边力为50KN，板坯和模具之间的摩擦系数为0.05，液压成形过程采用时间控制，液压作用时间为0.02s。

如图3所示为不同液室压力下的测量点壁厚分布曲线，从图中可以看出，在不同液室压力作用下，中心截面壁厚呈对称分布，最小壁厚处均位于盒形件侧壁圆角过渡区域，在10MPa-20MPa工况下最小壁厚位于侧壁上部圆角区域；在30MPa-60MPa工况下，最小壁厚过渡到侧壁下部圆角区域。随着液室压力的增大，板件边缘增厚有上升趋势，板件圆角区域减薄加剧，当液室压力为10MPa时，最大壁厚为1.004mm，最小壁厚为0.966mm，最大减薄率为3.4%；当液室压力为60MPa时，最大壁厚为1.02mm，最小壁厚为0.934mm，最大减薄率为6.6%。从图中可以看出，在50MPa和60MPa下板件最小壁厚不再发生变化，说明此时板件中心截面区域已经完全贴模。

4 结果与讨论

在盒形件液压成形过程中，随着液室压力的增加，板件的壁厚分布更加不均匀，圆角过渡区减薄更加严重，最小壁厚处从侧壁上部圆角区域过渡到侧壁下部圆角区域，板件边缘壁厚则呈现增厚的趋势；在截面中心处壁厚基本不受影响，通过数值模拟可以得出在50MPa时板件中心截面区域已经完全贴膜。

参考文献：

[1]李涛，郎利辉.先进板材液压成形技术及其進展[J].塑性工程学报，2006，13（03）：30-35.

[2]苑世剑，刘伟.板材液压成形技术与装备新进展[J].机械工程学报，2015，51（08）：20-28.

[3]李慧.盒形件液压成形有限元分析及实验装置设计[D].重庆：重庆大学，2005.

作者简介：苏海迪（1991-），男，江苏徐州人，硕士研究生在读，研究方向：汽车轻量化。endprint