轉(zhuǎn)發(fā)自：制造技術(shù)/工藝裝備 現(xiàn)代制造工程（Modern Manufacturing Engineering) 2013年第11期

作者：謝秉順1，朱健軍1，魯萬(wàn)彪1，唐晶晶1，艾國(guó)平2，盧文壯2 （1南車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司工業(yè)化部，南京210031；2南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京210016）

況

謝秉順，等：彎梁板材沖壓成形仿真分析及工藝改進(jìn) 2013年第11期

2．2等效應(yīng)力應(yīng)變

彎梁沖壓成形過(guò)程中彎梁板材與模具相互作用，應(yīng)力分布規(guī)律非常復(fù)雜，其中等效應(yīng)力、應(yīng)變是衡量板材是否拉裂的一個(gè)重要依據(jù)4，如果超過(guò)材料臨界值，在成形過(guò)程中板材有可能被破壞。應(yīng)用Dynaform 軟件仿真得到的彎梁板材成形等效應(yīng)力分布圖和彎梁板材成形等效應(yīng)變分布圖分別如圖5和圖6所示 從圖5和圖6中可以看出，等效應(yīng)力、應(yīng)變分布不均勻，等效應(yīng)力最大值為632園MPa，等效應(yīng)變最大值為 4，346 × 10 5，最小值為3，402 × 10一5等效應(yīng)力與應(yīng)變?cè)诜植家?guī)律上具有一致性，它們的最大值主要分布在壓延邊與側(cè)面筋板交界位置。該位置如果有直口，將會(huì)出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。采用工藝圓角可有效避免直口產(chǎn)生的應(yīng)力集中，避免在壓延邊與側(cè)面筋板交界位置被拉裂

圖5彎梁板材成形等效應(yīng)力分布圖

圖6彎梁板材成形等效應(yīng)變分布圖

2．3成形厚度減薄率

彎梁板材成形過(guò)程中通過(guò)模具與板材相互作用使板材由彈性變形向塑性變形急劇轉(zhuǎn)變，金屬流動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，成形后的板厚出現(xiàn)了不均勻。厚度減薄率分布可為彎梁毛坯展開(kāi)修正和模具約束方面的設(shè)計(jì)提供參考。

圖7所示為彎梁板材成形厚度減薄率分布，從圖7中可以看出，成形后板材厚度分布規(guī)律不規(guī)則，彎梁的側(cè)面筋板厚度變薄，最大減薄率為24．03％，最小減薄率為0，300 4％。

彎梁上圓弧曲面和下部壓延邊等彎曲部位部分區(qū)域增厚，增厚率為2，336％，對(duì)上圓弧曲面和下部壓延邊部位進(jìn)行充分約束，增大模具壓延力，可以防止在這些部位出現(xiàn)褶皺

圖7彎梁板材成形厚度減薄率分布

2，4模具與彎梁板材接觸力分析

彎梁板材沖壓成形過(guò)程中沖壓力的（即接觸力）大小是決定板材能否順利成形的關(guān)鍵因素。

板材成形過(guò)程中模具與板材相互作用使板材發(fā)生大變形，需要沖壓機(jī)提供足夠的壓力。凸模與彎梁板材接觸力分布圖和凹模與彎梁板材接觸力分布圖分別如圖8和圖9所示，從圖8和圖9中可以看出，彎梁板材成形過(guò)程中模具與板材接觸力曲線先是逐步增大，到一定階段時(shí)接觸力迅速增大，然后下降，最終在一定的接觸力范圍內(nèi)波動(dòng)，彎梁板材與凸模中間接觸力最大值為 235，24kN，彎梁板材與凸模兩邊接觸力最大值為

556．7kN，彎梁板材與凹模中間接觸力最大值為

40 17 kN，彎梁板材與凹模兩邊接觸力最大值為 298kN。當(dāng)摩擦因數(shù)設(shè)定為0．10時(shí)，板材與凸模的接觸力最大值將由556．7kN降低為51 & 3kN，通過(guò)改變板材與模具之間的潤(rùn)滑條件，可以降低接觸力。

板材與凸模兩 邊接觸力

圖8凸模與彎梁板材接觸力分布圖

板材與凹模中間接觸

板材與凹模兩邊接觸力

圖9 凹模與彎梁板材接觸力分布圖

2013年第11期 現(xiàn)代制造工程（Modern Manufactunng Engineenng)

3成形工藝改進(jìn)

根據(jù)上述有限元數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)現(xiàn)有成形工藝進(jìn)行了改進(jìn)

1） 針對(duì)彎梁的彎曲面部分區(qū)域有褶皺趨勢(shì)的問(wèn)題，新工藝增加上圓弧曲面和下圓弧曲面的模具壓延力，上圓弧曲面壓延力由原來(lái)的5kN增加到10kN，下圓弧曲面壓延力由原來(lái)的2kN增加到5kN0

2） 針對(duì)等效應(yīng)力與應(yīng)變最大值主要分布在壓延邊與側(cè)面筋板交界位置的問(wèn)題，為避免應(yīng)力集中造成的板材拉裂，新工藝在壓延邊與側(cè)面筋板交界位置采用半徑大于R6mm的工藝過(guò)渡圓角。

3） 根據(jù)摩擦因數(shù)的降低可以降低板料與模具之間接觸力的結(jié)論，新工藝對(duì)板料毛坯采用雙面預(yù)涂刷 20號(hào)機(jī)油潤(rùn)滑措施，降低板材與模具之間的摩擦因數(shù)。

通過(guò)以上的工藝改進(jìn)，05CuPCrNi高耐侯結(jié)構(gòu)鋼彎梁成形質(zhì)量大大提高，在模具使用壽命期限內(nèi)產(chǎn)品不合格率由原來(lái)的5％降低到1％以下。圖10所示為工藝改進(jìn)后沖壓成形的彎梁零件實(shí)物圖。

圖10工藝改進(jìn)后沖壓成形的彎梁零件實(shí)物圖

（上接第75頁(yè)）

四川電子音像出版中心，2 5．

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4結(jié)語(yǔ)

本文利用有限元數(shù)值模擬對(duì)彎梁板材沖壓成形過(guò)程進(jìn)行了仿真研究，得到了彎梁板材成形極限圖、厚度減薄率分布圖、應(yīng)力及應(yīng)變分布圖。根據(jù)有限元數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)現(xiàn)有成形工藝進(jìn)行了改進(jìn)，新工藝大大降低了產(chǎn)品的不合格率。

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作者簡(jiǎn)介：謝秉順，工程師。

通訊作者：盧文壯，教授，博士生導(dǎo)師。

E-mail：meewzlu@ nuaa. edu. cn 收稿日期：2013幻3 ·26

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作者簡(jiǎn)介：劉勇，從事企業(yè)信息化方向的研究工作 E-mail•chsdlygyf@ sina. com 收稿日期：2013 £ 1q4

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