搜索翻邊系數(shù)及材料參數(shù)對空調(diào)面板成形的影響
2013-06-16 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
圓孔翻邊是沖壓成形的一種基本工序,且是拉伸類沖壓成形的典型工序之一。在圓孔翻邊過程中,變形區(qū)材料在單向拉應(yīng)力作用下,切向伸長變形大于徑向壓縮變形,導(dǎo)致材料厚度減薄,孔緣處厚度減薄最大,而且沿徑向的應(yīng)變分布是不均勻的,極易出現(xiàn)開裂,造成廢品。空調(diào)面板零件是室外機(jī)的外殼件,材料為鍍鋅板,是典型的圓孔翻邊成形方式,因此,開展圓孔酩邊系數(shù)與材料參數(shù)之間關(guān)系的研究,對正確選用材料和提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。
筆者采用動力顯式有限元軟件DYNAFORM對空調(diào)面板零件進(jìn)行有限元分析,研究分析了圓孔翻邊過程中翻邊系數(shù)K與材料參數(shù)n和r值對成形的影響。
1研究方法及材料
1. 1有限元幾何模型
有限元計(jì)算使用DYNAFORM軟件,在前處理系統(tǒng)將模型IGS文件讀人,分別建立凸模、凹模、壓邊圈和板料的幾何模型,見圖1。模具單元定義為剛性殼單元,采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分法,將單元?jiǎng)澐譃樗倪呅尉W(wǎng)格,模具間隙=1.1t0(t0為原始板厚),凸模與板料的靜摩擦因數(shù)μ1=0.2,動摩擦因數(shù)μ2=0.04。凸模運(yùn)動速度=2000mm/s,壓邊力=50 kNo
1. 2材料模型及材料參數(shù)
根據(jù)Hill各向異性彈塑性模型的屈服準(zhǔn)則,使用指數(shù)應(yīng)變強(qiáng)化模型,其等效應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為:
1. 3模擬研究方案
圓孔翻邊時(shí)的變形程度用翻邊系數(shù)K表示,公式如下
可以看出,K越小,翻邊高度H越大。
根據(jù)某空調(diào)面板零件的實(shí)際尺寸,設(shè)計(jì)了五種翻邊系數(shù)K值,選用四種材料及三種板料厚度的計(jì)算方案,翻邊系數(shù)K與材料參數(shù)設(shè)定見表2。分別對其進(jìn)行計(jì)算分析,得到翻邊系數(shù)K與材料參數(shù)的關(guān)系。
2結(jié)果與分析
采用計(jì)算機(jī)仿真成形技術(shù),通過模擬板材成形行為,對模具與板材之間的相互作用關(guān)系以及板材實(shí)際變形的全過程進(jìn)行模擬計(jì)算,分析翻邊變形過程中的板料厚度和最大應(yīng)變的變化,以厚度減薄率和材料的成形極限來判斷是否開裂。
2. 1翻邊系數(shù)對成形的影響
面板零件變形的難易程度取決于翻邊系數(shù)K值,K越小,成形難度越大。從式(2)中可以看出,當(dāng)模具尺寸D。確定后,初始坯料的圓孔尺寸d。取值不同,翻邊系數(shù)K值不同,因此對材料性能要求就不同。
圖2-圖4是模擬計(jì)算結(jié)果,圖2和圖3是材料2的不同K值與厚度減薄率和主應(yīng)變的關(guān)系。圖4是材料2不同K值和不同板厚時(shí)的二值與板厚減薄率的關(guān)系。可以看出,K越小,圓孔邊緣區(qū)域的厚度減薄率和主應(yīng)變越大,此處很容易開裂。在同樣條件下,板料厚度增加可以降低減薄率,從而減少開裂,提高產(chǎn)品質(zhì)量,但同時(shí)也增加了生產(chǎn)成本。根據(jù)圖4可以對不同翻邊系數(shù)的零件選擇使用材料的牌號及厚度等參數(shù),達(dá)到科學(xué)選材的目的。
2.2 材料參數(shù)對成型的影響
在零件翻邊時(shí),圓孔邊緣上毛坯受單向拉應(yīng)力,因此,其邊緣的伸長變形應(yīng)小于材料在單向拉伸時(shí)的伸長率。但由于毛坯變形區(qū)內(nèi)伸長變形較小的鄰區(qū)對具有最大伸長變形的邊緣的影響,使后者的穩(wěn)定性得到加強(qiáng),因而翻邊時(shí)毛坯邊緣部分可能得到比簡單拉伸時(shí)大的伸長應(yīng)變,這樣使得難以用伸長率來衡量材料的成形極限。計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果表明,塑性應(yīng)變比r值對零件成形極限的影響很大,能更好地量化翻邊時(shí)材料的成形極限。所以,通過輸人不同的r值,可以得到與實(shí)際相一致的計(jì)算結(jié)果。模擬結(jié)果表明,K值越小,要求材料的r值越大,選用材料牌號的級別越高。所以,在選材時(shí)應(yīng)該以K值的大小來確定材料的r值。圖5是r值與厚度減薄率的關(guān)系,可以看出,r值越大,厚度減薄越小,極限應(yīng)變值也越小。因?yàn)檩^高的:值使板料在板面內(nèi)比在板厚方向更容易變形,零件沖壓時(shí)板厚不易減薄;相反r值較低,使鋼板抵抗減薄能力差,板厚在危險(xiǎn)部位容易減薄,不利于板料的拉深成形。
模擬結(jié)果表明,應(yīng)變硬化指數(shù)。值對翻邊成形的影響要遠(yuǎn)小于:值,總的來說,n值對翻邊成形的影響很小,見圖6。
2. 3有限元分析結(jié)果與實(shí)際測試結(jié)果的比較
應(yīng)用ASAME應(yīng)變測試分析系統(tǒng)對該面板零件進(jìn)行實(shí)際測試,將有限元分析結(jié)果與實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行比較,以檢驗(yàn)仿真計(jì)算的準(zhǔn)確性,結(jié)果見表3。實(shí)際沖壓零件見圖7,仿真計(jì)算的零件圖見圖8。結(jié)果表明,仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際應(yīng)變測試結(jié)果相符,兩者吻合的較好,說明仿真分析過程中的建模、有限元前處理以及邊界條件、工藝參數(shù)的確定是合適的。
3結(jié)論
(1)翻邊系數(shù)越小,板料厚度減薄越大,要求材料的r值越大,選用材料牌號的級別越高。材料的r值越大,厚度減薄越小,極限應(yīng)變值也越小。n值對翻邊成形影響較小。
(2)根據(jù)建立的翻邊系數(shù)與材料參數(shù)的關(guān)系,可以對空調(diào)翻邊零件進(jìn)行科學(xué)選材,同時(shí)也可以對模具尺寸的修改提出建議,達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
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